La próxima supernova cercana tiene la clave para comprender mejor la materia oscura del universo

• La búsqueda de axiones, unas partículas hipotéticas, es uno de los mayores retos para los astrofísicos
• Las explosiones de supernovas crean el entorno ideal para que los posibles axiones sean detectables

Ilustración de la supernova más brillante jamás registrada GETTY / NASA

Durante casi un siglo, la comunidad científica ha tratado de descifrar uno de los mayores enigmas del cosmos: la naturaleza de la materia oscura. Aunque supone aproximadamente el 85% de la materia del universo, es prácticamente invisible para los telescopios. Su existencia solo se deduce por sus efectos gravitacionales. Sin embargo, el estudio de una supernova cercana podría arrojar algo de luz, según sugiere una investigación de astrofísicos de la Universidad de California en Berkeley.

El axión, un ingrediente clave

El candidato más prometedor en la búsqueda de la materia oscura es el axión, una partícula ligera que buscan astrónomos de todo el mundo. En el artículo publicado en Physical Review Letters, los investigadores describen un escenario en el que los axiones podrían ser detectados de forma casi inmediata tras la explosión de una supernova cercana. Cuando una estrella masiva colapsa y forma una estrella de neutrones, su interior caliente generaría una gran cantidad de axiones. Estos escaparían rápidamente y, al interactuar con el intenso campo magnético de la estrella de neutrones, se transformarían en rayos gamma de alta energía.

El axión QCD, que toma su nombre de la teoría de la cromodinámica cuántica (QCD), es una partícula hipotética, es decir, su existencia se ha postulado teóricamente, pero aún no se ha confirmado experimentalmente. Una de sus propiedades más misteriosas es su interacción extremadamente débil con la materia. A diferencia de otras partículas, el axión QCD casi no siente las fuerzas fundamentales, excepto la gravedad. Esta característica lo hace extremadamente difícil de detectar, ya que no interactúa fácilmente con la materia ordinaria. 

Sin embargo, en un campo magnético intenso, un axión puede transformarse ocasionalmente en una onda electromagnética o fotón. Esto lo diferencia de otras partículas ligeras, como los neutrinos, que no interactúan con el electromagnetismo. Los astrofísicos entienden que las estrellas de neutrones funcionan como laboratorios ideales para buscar axiones, porque son extremadamente calientes y tienen los campos magnéticos más intensos del universo, lo que las convierte en entornos adecuados para que se conviertan en señales detectables.

Una oportunidad perdida

"Si viéramos una supernova como 1987A con un telescopio de rayos gamma moderno, seríamos capaces de detectar o descartar este axión QCD", explica Benjamin Safdi, profesor asociado de Física en la Universidad de Berkeley y autor principal del estudio, en referencia a la última supernova cercana. Tuvo lugar hace casi cuarenta años en la Gran Nube de Magallanes, uno de los satélites de la Vía Láctea. 

El telescopio que apuntaba en su dirección, ya inactivo, aún no era lo suficientemente sensible como para detectar la intensidad de los rayos gamma. Con las tecnologías actuales, su observación permitiría confirmar o descartar la existencia de esta partícula y conocer muchas de sus propiedades, tanto aquellas que son difíciles de estudiar en un laboratorio como las que pueden serlo en condiciones controladas. 

La detección permitiría cubrir un amplio espectro de posibles masas para el axión QCD. Actualmente, se desarrollan muchos experimentos en la Tierra que tratan de detectar estas partículas, pero cada uno de ellos está diseñado para buscar axiones dentro de un rango de masas específico. En paralelo, si no se detectan estos rayos gamma, se podría descartar un gran número de posibles masas, lo que significaría que muchos de los experimentos actuales buscan en un rango donde el axión QCD probablemente no existe. “Y todo sucedería en 10 segundos”, apunta el experto.

Sin embargo, este escenario depende de varios factores críticos. Primero, la supernova tendría que ocurrir en una región relativamente cercana, dentro de nuestra galaxia o sus vecinas satelitales. Además, el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi, el único instrumento en órbita capaz de observar este fenómeno, tendría que apuntar en la dirección correcta. Dada la limitada cobertura del telescopio, las probabilidades actuales de éxito son de apenas un 10%.  

GALAXIS: una propuesta para llegar preparados

Para Safdi y sus colegas, la posibilidad de dejar pasar otra oportunidad similar a la de 1987 sería devastadora. "Sería una verdadera lástima que una supernova estallara mañana y perdiéramos la oportunidad de detectar el axión; podría no volver hasta dentro de 50 años", lamenta.

Ante este temor, los científicos colaboran con otros compañeros para estudiar la viabilidad de lanzar una red de telescopios de rayos gamma en órbita que cubriría el cielo las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Bautizado como GALAXIS (GALactic AXion para Supernovas), este sistema garantizaría la detección de rayos gamma generados por axiones, si es que existen.

Su complejidad técnica es un desafío considerable, pero los investigadores defienden que tiene un gran potencial científico. "Creo que todos los que estamos en este artículo estamos estresados por la posibilidad de que haya una próxima supernova antes de que tengamos la instrumentación adecuada", asegura Safdi.