I ricercatori ritengono che l’osservazione dei raggi gamma provenienti da una supernova potrebbe confermare l’esistenza degli axioni, risolvendo così il mistero della materia oscura. Gli scienziati dell’UC Berkeley suggeriscono che la rilevazione di queste particelle potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione dell’universo e promuovono il potenziamento dei telescopi gamma per catturare questo evento raro.
Svelare la Materia Oscura: Il Ruolo delle Supernovae
La ricerca della materia oscura dell’universo potrebbe trovare una svolta con una supernova nelle vicinanze e un pizzico di fortuna. Da 90 anni, gli scienziati si interrogano sulla materia oscura, la sostanza invisibile che costituisce l’85% della materia totale dell’universo. Nonostante il suo ruolo cruciale nella struttura cosmica e nella dinamica, non può essere osservata direttamente con i telescopi. Tra i principali candidati per spiegare la materia oscura c’è l’axione, una particella leggera teorica che ha catturato l’interesse dei ricercatori in tutto il mondo.
Scoprire gli Axioni Attraverso i Raggi Gamma
Gli astrofisici dell’Università della California, Berkeley, suggeriscono che la rilevazione degli axioni potrebbe avvenire entro pochi secondi dall’osservazione dei raggi gamma provenienti da una supernova nelle vicinanze. Durante i primi 10 secondi dopo il collasso di una stella massiccia in una stella di neutroni, gli axioni – se esistono – verrebbero generati in grandi quantità. Questi axioni sfuggirebbero alla stella in collasso e interagirebbero con il suo intenso campo magnetico, trasformandosi in raggi gamma ad alta energia rilevabili dalla Terra.
Tuttavia, una singola rilevazione dei raggi gamma consentirebbe di determinare la massa dell’axione, in particolare dell’axione QCD, su un’ampia gamma di masse teoriche, comprese quelle attualmente esplorate negli esperimenti sulla Terra. L’assenza di una rilevazione eliminerebbe una vasta gamma di masse potenziali per l’axione, rendendo irrilevanti molte ricerche sulla materia oscura.
Avanzamenti nella Tecnologia di Rilevamento dei Raggi Gamma
Se una supernova come la 1987A fosse osservata con un moderno telescopio per raggi gamma, sarebbe possibile rilevare o escludere l’axione QCD su gran parte del suo spazio di parametri. I ricercatori stanno valutando la possibilità di lanciare una flotta di telescopi per coprire il 100% del cielo 24 ore su 24 e catturare qualsiasi brillamento di raggi gamma. Hanno proposto il nome GALactic AXion Instrument for Supernova (GALAXIS) per la loro costellazione satellitare per raggi gamma a cielo aperto.
Fondamenti Teorici e Ricerche in Laboratorio
Le ricerche sulla materia oscura si sono originariamente concentrate su oggetti compatti deboli, massicci e halo (MACHO), ma quando questi non sono emersi, i fisici hanno iniziato a cercare particelle elementari che dovrebbero essere rilevabili nei laboratori terrestri. Gli axioni, candidati attuali per la materia oscura, derivano dalla teoria delle stringhe e potrebbero unificare la gravità con la meccanica quantistica.
Osservazioni delle Supernovae: Una Chiave per il Rilevamento degli Axioni
Gli esperimenti da banco impiegano cavità compatte per rilevare gli axioni. Gli astrofisici hanno proposto di cercare axioni prodotti all’interno delle stelle di neutroni subito dopo una supernova a collasso del nucleo. Safdi e il suo team hanno esplorato la produzione di raggi gamma da parte degli axioni nei forti campi magnetici intorno alla stella che li ha generati.
Stelle di Neutroni come Laboratori per la Ricerca sugli Axioni
Le stelle di neutroni sono considerate obiettivi ottimali per la ricerca degli axioni come laboratori di axioni. Safdi e i suoi colleghi hanno stabilito il miglior limite superiore per la massa dell’axione QCD e utilizzato la non-rilevazione dei raggi gamma dalla supernova 1987A per porre vincoli sulla massa delle particelle simili agli axioni.
Riferimento: Supernova Axions Convert to Gamma Rays in Magnetic Fields of Progenitor Stars di Claudio Andrea Manzari, Yujin Park, Benjamin R. Safdi e Inbar Savoray, 19 novembre 2024, Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.211002. La ricerca è stata supportata dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.
