No coração de um aglomerado de galáxias a 200 milhões de anos-luz de distância, os astrônomos não conseguiram detectar partículas hipotéticas chamadas axions.
Isso impõe novas restrições sobre como pensamos que essas partículas funcionam, mas também tem algumas implicações muito sérias para a teoria das cordas e o desenvolvimento da Teoria de Tudo, que descreve como funciona o universo físico.
Quando se trata de entender como o universo funciona, os cientistas criaram algumas teorias muito boas. Um deles é a relatividade geral, que descreve como a física funciona no nível macro. A outra é a mecânica quântica, que descreve como as coisas se comportam nos níveis atômico e subatômico.
O grande problema é que as duas teorias não se dão bem. A relatividade geral não pode ser reduzida ao nível quântico e a mecânica quântica não pode ser estendida. Tem havido muitas tentativas de torná-los amigos, desenvolvendo a chamada Teoria de Tudo.
Um dos candidatos mais promissores para resolver a diferença entre a relatividade geral e a mecânica quântica é a chamada teoria das cordas, que envolve a substituição de partículas pontuais na física de partículas por minúsculas cordas unidimensionais vibrantes.
Além disso, muitos modelos da teoria das cordas prevêem a existência de áxions, partículas de massa ultrabaixa hipotetizada pela primeira vez na década de 1970 para abordar a questão de por que forças atômicas fortes seguem o que é conhecido como simetria de paridade de carga, quando a maioria dos modelos diz que não. . Acontece que a teoria das cordas também prevê mais partículas que se comportam como axions, chamadas de partículas semelhantes a axions.
Uma das propriedades das partículas semelhantes a axion é que elas podem se transformar em um fóton quando passam por um campo magnético; inversamente, os fótons podem se transformar em partículas semelhantes a axion quando passam por um campo magnético. A probabilidade de isso acontecer depende de uma série de fatores, incluindo a força do campo magnético, a distância percorrida e a massa da partícula.
Os cientistas usaram o Observatório de raios-X Chandra para estudar o núcleo ativo da galáxia NGC 1275, que fica a cerca de 237 milhões de anos-luz de distância, no centro de um aglomerado de galáxias chamado aglomerado Perseus.
Suas observações ao longo de oito dias acabaram com pouco ou nenhum conhecimento do buraco negro. Mas então eles perceberam que os dados poderiam ser usados para pesquisar partículas semelhantes a axions.
“A luz de raios-X do NGC1275 deve passar pelo gás quente do aglomerado Perseus, e esse gás é magnetizado”, explicou Reynolds.
O campo magnético é relativamente fraco (10.000 vezes mais fraco do que o campo magnético na superfície da Terra), mas os fótons devem viajar uma grande distância através desse campo magnético. Isso significa que há ampla oportunidade para converter esses fótons em partículas semelhantes a axion (contanto que as partículas semelhantes a axion tenham uma massa suficientemente baixa).
Uma vez que a probabilidade de conversão depende do comprimento de onda do fóton, as observações devem revelar distorção, uma vez que alguns comprimentos de onda são convertidos de forma mais eficiente do que outros.
Os pesquisadores levaram cerca de um ano de trabalho árduo, mas no final, nenhuma distorção foi encontrada.
Isso significa que os cientistas podem descartar a existência de áxions na faixa de massa à qual suas observações foram sensíveis – até um bilionésimo da massa de um elétron.
“Nosso estudo não descarta a existência dessas partículas, mas certamente não ajuda a teoria das cordas”, disse a astrônoma Helen Russell, da Universidade de Nottingham, no Reino Unido.
O estudo foi publicado no Astrophysical Journal.
Fontes: Foto: NASA / CXC / SAO / E.Bulbul, et al.
