Por várias décadas, fa­sicos e astrofisicos teorizaram sobre a existaªncia de matéria escura no universo. Esse tipo elusivo de matéria seria feito departículas que não absorvem, refletem ou emitem luz e que, portanto, não podem ser detectadas por meio de instrumentos convencionais de observação de partículas

Um dos candidatos mais promissores de matéria escura éo axion. Axions sãopartículas hipotanãticas que foram introduzidas pela primeira vez para explicar observações incomuns relacionadas a fortes interações nucleares. Posteriormente, os fa­sicos teóricos sugeriram que os a¡xions constituem partes da massa do universo que ainda não foram explicadas e, portanto, poderiam ser essencialmente matéria escura. Desde então, inaºmeras equipes em todo o mundo realizaram buscas por a¡xions usando uma variedade de detectores poderosos e sofisticados.

Ha¡ alguns meses, um grupo de pesquisa internacional conhecido como XENON Collaboration divulgou novos dados coletados pelo XENON1T, um detectorsensívelde interações entre matéria escura epartículas comuns. Esses dados continham um surpreendente excesso de eventos que podem ser um inda­cio da existaªncia departículas nunca antes observadas, como os a¡xions solares.

Pesquisadores do Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), da Universidade de Barcelona, ​​da Barry University e do Laboratori Nazionali di Frascati (INFN) examinaram recentemente os dados coletados pelo detector XENON1T na esperana§a de entender melhor se o excesso detectado poderia, de fato, ser um manifestação de axions solares. Os resultados de suas análises e suas considerações, publicados na Physical Review Letters , parecem descartar a possibilidade de que os axions solares estejam por trás das observações inesperadas da Colaboração XENON.

“Quando o resultado do XENON1T foi anunciado, esta¡vamos realizando um estudo aprofundado dos efeitos da emissão de a¡xions de vários corpos astrofisicos”, via e-mail Luca Di Luzio, Marco Fedele, Maurizio Giannotti, Federico Mescia e Enrico Nardi, os pesquisadores No estudo, disse Phys.org, "Na³s, portanto, esta¡vamos em uma situação ideal para prontamente perceber que as propriedades especa­ficas do axion exigidas pela explicação do XENON1T estavam em forte conflito com as observações da evolução estelar."

Em seu artigo recente, Di Luzio e seus colegas mostram que a hipa³tese de axions solares como excesso de XENON1T não se sustenta, pois vai de encontro a observações astrofa­sicas anteriores. Sua esperana§a éque, ao descartar essa possibilidade, seu trabalho incentive outras equipes a identificar e explorar explicações alternativas. De acordo com os pesquisadores, émuito mais prova¡vel que o excesso seja o resultado de uma questãonão resolvida com a configuração experimental ou uma indicação de um fena´meno fa­sico exa³tico diferente.

"Os axions solares não podem explicar a observação ana´mala de XENON1T simplesmente porque, quando comparado com outros tipos de estrelas caracterizadas por densidades e temperaturas centrais muito maiores, o sol não émuito eficiente na produção de axions", explicaram os pesquisadores. "Se o excesso observado fosse interpretado como devido a axions solares, outro tipo de estrelas então superproduziria axions, eles brilhariam como 'fara³is de axion' intensos, perdendo energia de seus núcleos internos a uma taxa tão grande que sua evolução seria drasticamente alterado. Isso estaria em sanãrio conflito com muitas observações astrona´micas anteriores. "

 

Um exemplo de dados astrona´micos que colidem com a hipa³tese dos axions solares éa observação de populações estelares. Para explicar o excesso de XENON1T, na verdade, os axions solares precisariam ter parametros tão grandes que uma população estelar inteira, as chamadas estrelas de ramos horizontais (HB), seria muito pouco povoada. Se fosse esse o caso, nenhuma estrela HB deveria ser encontrada nos aglomerados globulares pra³ximos, onde os pesquisadores realmente detectaram várias delas.

“Nosso estudo deve ser entendido principalmente como uma contribuição para manter os esforços da comunidade no caminho certo”, disseram os pesquisadores. "O entusiasmo inicial por uma possí­vel 'descoberta do axion' pode ter desviado os esforços experimentais e teóricos em uma direção que anã, de fato, um beco sem saa­da."

Além de excluir a possibilidade de que os a¡xions solares expliquem o excesso do XENON1T, o trabalho recente de Di Luzio e seus colegas destaca a importa¢ncia de considerar cuidadosamente as implicações astrofa­sicas dos modelos dos axions ao tentar avaliar sua viabilidade fenomenola³gica. Em seu artigo, os pesquisadores enfatizam a importa¢ncia da relação entre axions e astrofa­sica, já que as primeiras evidaªncias da existaªncia de axions podem vir diretamente de observações astrofa­sicas.

A equipe estãoagora conduzindo mais estudos explorando a física axion. Esses estudos se concentram em uma ampla gama de tópicos, incluindo as consequaªncias cosmola³gicas e astrofa­sicas de axions, construção de modelos de axions e os aspectos fenomenola³gicos das pesquisas de axions realizadas em experimentos de laboratório e em solo.

"Cada membro de nossa colaboração tem habilidades especa­ficas em diferentes aspectos da física axion", disseram os pesquisadores. "Como uma colaboração, estamos atualmente realizando uma análise completa de um grande número de observa¡veis ​​astrofisicos, alguns dos quais exibem discrepa¢ncias intrigantes entre previsaµes tea³ricas e observações. Embora, quando considerados isoladamente, onívelde significa¢ncia de cada anomalia seja atéagora moderado, um a análise global pode revelar um padrãoconsistente e pode apontar para uma explicação em termos de algum tipo especa­fico de axion . "