Depois que os áxions foram teorizados pela primeira vez por físicos nos subúrbios de Chicago, 45 anos atrás, eles rapidamente se tornaram um candidato promissor para explicar a matéria escura. Durante todo esse tempo, porém, as partículas ultrapequenas permaneceram hipotéticas. Recentemente, uma equipe de astrofísicos propôs que os áxions podem ser responsáveis ​​por um excesso de emissões de raios-X vistas vindo de um grupo de estrelas de nêutrons em nossa galáxia.

As estrelas – apelidadas de “Sete Magníficas” – são estrelas de nêutrons que emitem radiação de raios-X de baixa frequência de suas superfícies. Estrelas de nêutrons representam a vida posterior em forma extremamente densa de estrelas em colapso. Elas possuem campos magnéticos poderosos e, como seu nome sugere, são constituídos em grande parte por nêutrons. A nova pesquisa, publicada esta semana na revista Physical Review Letters, concentra-se em um grupo ainda inexplicado de raios-X de alta frequência que as sete estrelas estão emitindo.

“É possível que o que estamos vendo aqui sejam evidências para uma nova física, sejam evidências para áxions, o que transformaria nossa compreensão da natureza de uma forma realmente ampla, o que é difícil de transmitir”, Benjamin Safdi, físico de partículas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e principal autor do artigo recente, disse por telefone. “Essa descoberta pode vir com este artigo; pode acontecer daqui a 500 anos. É assim que a ciência funciona e, portanto, não há garantia de gratificação instantânea”.

A principal incerteza sobre os áxions gira em torno de sua existência. Em outras palavras, há consenso entre os físicos sobre as propriedades que essas partículas teóricas possuiriam, caso existissem. Uma dessas propriedades é que os áxions interagiriam muito fracamente, e raramente, com a matéria comum. Em vez de espalhar a matéria na estrela, os áxions simplesmente escapariam. Outra é que os áxions podem se transformar em fótons na presença de campos magnéticos – como aqueles que cercam as sete estrelas de nêutrons.

Os pesquisadores comparam o possível comportamento dos áxions aos neutrinos, uma partícula similarmente pequena (embora sua existência seja comprovada) que raramente interage com outra matéria. Nêutrons dentro de estrelas de nêutrons são conhecidos por colidir e emitir neutrinos, que é a principal maneira pela qual a estrela esfria com o tempo.

A proposta da equipe é que áxions possam ser criados nos centros das estrelas de nêutrons, onde é muito mais quente e mais energizado do que a superfície da estrela. Assim como os nêutrons dentro dessa região densa e superaquecida produzem neutrinos por meio de suas colisões, também poderiam ser produzidos áxions.

A diferença é que, na presença de um campo magnético, o áxion pode se converter em um fóton. A energia efervescente desse fóton seria detectável no espectro de raios-X, especificamente na faixa de alta frequência. Dados anteriores haviam sido coletados dessas ondas de alta frequência, mas apenas como um subproduto do principal assunto da investigação: as ondas de raios-X de baixa frequência saindo das superfícies das estrelas.

“Não estamos afirmando que fizemos a descoberta dos áxions ainda, mas estamos dizendo que os fótons extras de raios-X podem ser explicados por áxions”, disse Raymond Co, astrofísico da Universidade de Minnesota e coautor do artigo, em comunicado à imprensa. “É uma descoberta empolgante do excesso de fótons de raios-X e uma possibilidade interessante que é consistente com nossa interpretação dos áxions”.

A esperança de Safdi é que no futuro, os pesquisadores deem mais atenção a uma anã branca próxima, uma estrela degenerada que é menos compacta e com uma temperatura de superfície muito mais fria do que uma estrela de nêutrons. Uma vez que as anãs brancas não emitem raios-X de baixa frequência de sua superfície, nenhum telescópio de raios-X teve muitos motivos para observá-las.

“Não há realmente nada que deva aparecer em qualquer comprimento de onda de raios-X”, disse Safdi. “Se virmos um sinal, podemos estar muito mais confiantes de que o que estamos vendo é de áxions.”