Astronomía

Posible vía para detectar partículas extrañas en torno a agujeros negros


(NCYT) Encontrar nuevas partículas subatómicas requiere por regla general de altas energías. Debido a ello, se han construido aceleradores enormes de partículas, que pueden acelerarlas hasta casi la velocidad de la luz.

Sin embargo, puede haber otras formas de hallar nuevas partículas. En la Universidad Tecnológica de Viena, unos científicos han presentado un método que permitiría comprobar la existencia de los hipotéticos "axiones". Hay indicios que hacen suponer que estos axiones pueden acumularse alrededor de un agujero negro y extraer energía de la acción de éste. Este proceso emitiría ondas de gravedad, que luego podrían ser medidas.

Los axiones son partículas hipotéticas con una masa muy baja. Según Einstein, la masa está directamente relacionada con la energía, y por lo tanto se requiere muy poca energía para producir axiones. No se ha demostrado la existencia de ellos, pero se considera que es bastante probable.

Partículas en torno a agujeros negros
Un agujero negro rodeado de axiones. (Foto: TU Wien)
Daniel Grumiller y Gabriela Mocanu han calculado en el Instituto de Física Teórica, adscrito a la Universidad Tecnológica de Viena en Austria, cómo los axiones podrían ser detectados.

En la física cuántica, cada partícula es descrita como una onda. La longitud de onda corresponde a la energía de la partícula. Partículas pesadas tienen longitudes de onda pequeñas, pero los axiones, de baja energía, pueden tener longitudes de onda de muchos kilómetros. Los resultados de Grumiller y Mocanu, basados en estudios de Asmina Arvanitaki y Sergei Dubovsky (Estados Unidos / Rusia), muestran que los axiones pueden circundar a un agujero negro, de modo comparable a cómo los electrones rodean el núcleo atómico. En vez de la fuerza electromagnética, que mantiene atados a los electrones con el núcleo, es la fuerza gravitacional la que actúa entre el agujero negro y los axiones.

Sin embargo, hay una diferencia muy importante entre los electrones de un átomo y los axiones alrededor de un agujero negro: Los axiones son bosones, de modo que muchos de ellos pueden ocupar el mismo estado cuántico al mismo tiempo, algo que no pueden hacer los electrones, que son fermiones. Los axiones pueden crear una "nube bosónica" que rodea el agujero negro. Esta nube absorbe continuamente energía derivada del agujero negro, y el número de axiones en ella se incrementa.

Tal nube no es necesariamente estable. Al igual que un montón de arena suelta del cual de repente se desprende una parte justo tras echar encima un puñadito más, esta nube de bosones puede desmoronarse de manera repentina, tal como explica Grumiller. Este colapso de una nube de axiones puede medirse. El desmoronamiento haría que el espacio y el tiempo vibrasen y emitieran ondas de gravedad. Ya se han desarrollado detectores de ondas gravitatorias, y en 2016 se espera alcanzar una precisión que permita detectar de forma inequívoca a esas escurridizas ondas. Los nuevos cálculos en Viena muestran que estas ondas de gravedad pueden proporcionar a la ciencia no sólo nuevos conocimientos sobre astronomía, sino también sobre nuevos tipos de partículas.





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