Desvelan nuevos datos sobre la naturaleza de la materia oscura

• En la UGR han hecho simulaciones de la evolución de una estrella
• Han investigado unas partículas candidatas a materia oscura
• La materia oscura constituye más del 80% de la masa del universo

Cúmulo globular M80. Los cúmulos globulares están constituidos por poblaciones estelares antiguas.

Científicos de la Universidad de Granada han logrado poner límites a las propiedades de los axiones, una de las partículas candidatas a materia oscura. Así, la investigación puede contribuir a determinar la naturaleza de la materia oscura, que constituye más del 80% de la masa del universo.

En el trabajo, publicado en la revista Physical Review Letters, los científicos han utilizado las estrellas como laboratorios de física de partículas: a las altas temperaturas del interior estelar, los fotones pueden convertirse en axiones que escapan al exterior, llevándose energía.

“Esta pérdida de energía puede tener consecuencias, observables o no, en algunas fases de la evolución estelar”, explica el principal firmante del artículo, Adrián Ayala, en una nota de la UGR.

Simulación de la evolución de una estrella

“En nuestro trabajo hemos realizado simulaciones numéricas (por ordenador) de la evolución de una estrella, desde su nacimiento hasta que agota en su interior el hidrógeno y posteriormente el helio, incluyendo los procesos de producción de axiones”, indica.

Los resultados indican que la emisión de axiones puede disminuir significativamente el tiempo de la combustión central de helio, la llamada fase HB (Horizontal Branch): la energía que se llevan los axiones se compensa con energía procedente de la combustión nuclear, consumiéndose el helio más rápidamente.

“Basándonos en esta influencia sobre los tiempos característicos de evolución, podemos acotar la emisión de axiones, ya que una emisión alta implica una fase HB rápida, disminuyendo la probabilidad de observar estrellas en esta fase”, afirma Inmaculada Dominguez, la directora de tesis de Ayala.

Tasa máxima de emisión de axiones

La alta calidad de las observaciones recientes de cúmulos globulares permite contrastar los resultados de las simulaciones numéricas realizadas en este trabajo con los datos.

“Comparando el número de estrellas observadas en la fase HB con el número de estrellas observadas en otra fase no afectada por los axiones, como la fase llamada RGB (Red Gian Branch), hemos estimado la tasa máxima de emisión de axiones".

La producción de axiones depende de la constante de acoplamiento axión-fotón que caracteriza la interacción entre el axión y los fotones. “Hemos obtenido un límite máximo para esta constante que es el más restrictivo de los hallados hasta la fecha, tanto teórica como experimentalmente”, señalan los investigadores de la UGR.

Los autores de este trabajo apuntan que la precisión en la determinación de la constante de acoplamiento por el método utilizado “depende críticamente de la precisión con que se pueda estimar el contenido de helio inicial de las estrellas del cúmulo globular”.

Adrián Ayala e Inmaculada Domínguez pertenecen al grupo “FQM-292 Evolución Estelar y Nucleosíntesis” de la UGR. Con ellos han colaborado investigadores de universidades de Estados Unidos, Alemania e Italia.

Esta investigación es una muestra de la cada vez más intensa colaboración entre físicos de partículas y astrofísicos, que da lugar a una ciencia relativamente nueva: la denominada 'física de astropartículas'.