Al final las señales de radio emitidas del espacio pueden no ser de extraterrestres, como comprueba el trabajo publicado en la prestigiosa “Physical Review Letters”, de João Rosa del Departamento de Física de la Universidad de Aveiro.
Se conocen entre los astrónomos por impulsos rápidos de radio (IRR) con origen en las grandes explosiones luminosas del espacio profundo y detectadas en la Tierra bajo la forma de cortas señales de radio, de la naturaleza de los impulsos se ha dicho de todo un poco, desde que son emitidos por seres alienígenas hasta que son generados por estrellas de neutrones. Pero el misterio podría estar deshecho. Juan Rosa, físico de la Universidad de Aveiro (UA), apunta que, al final, los signos podrán ser generados por la propia materia oscura bajo la forma de axiones y agujeros negros tan antiguos como el propio Universo.
Publicado el mes pasado en la prestigiosa “Physical Review Letters” con honores de "Editors Suggestion", una distinción atribuida a cerca de uno de cada seis artículos divulgados en esta revista, el trabajo del investigador del Departamento de Física y del Centro de Investigación y Desarrollo en Matemáticas y aplicaciones de la UA apunta a una posible nueva solución para un misterio que dura desde 2007, año en que el primero de esas señales de radio fue detectado. De ese año se registraron más treinta explosiones seguidas de otros tantos signos de radio, muchos de ellos emitidos hace más de mil millones de años antes en galaxias situadas a varios cientos de millones de años luz de la Tierra.
"Alrededor de treinta explosiones de este género, de estos IRR son conocidos en la comunidad científica internacional como Fast Radio Bursts (FRB) fueron observados por telescopios en la última década y, a pesar de las muchas teorías propuestas para explicarlas, su origen permanecía desconocida ", Describe João Rosa cuyo trabajo ahora publicado fue realizado en colaboración con el investigador estadounidense Thomas Kephart, de la Universidad Vanderbilt, en EE. UU.
Explosión de mil millones de soles
La explicación para el fenómeno de los FRB acabó por ocurrir por casualidad. João Rosa buscaba mostrar que, a diferencia del postulado hasta hoy por la comunidad científica internacional, la inestabilidad de los agujeros negros en rotación lleva a la emisión de radiación electromagnética. Más, que esa inestabilidad, que da origen a una nube de axones en una curiosa forma de donut alrededor del agujero negro, no sólo emite radiación como ésta es de las mayores de las que hay registro en el Universo. "Es una explosión de radiación electromagnética equivalente a la de mil millones de soles", desvela João Rosa.
De hecho, apunta João Rosa, "la combinación de dos de los más populares candidatos a explicar la misteriosa materia oscura que impregna el Universo, los axones y los agujeros negros primordiales, puede generar algunas de las más luminosas explosiones en el Universo".
Los agujeros negros primordiales fueron originalmente postulados por Hawking, en 1971, habiendo formado poco después del Big Bang a raíz del colapso gravitacional de regiones de densidad extremadamente elevada.
"Estos agujeros negros pueden ser mucho más pequeños y ligeros que los agujeros negros conocidos, con masa superior a la del Sol. Si estos agujeros negros se producen en número suficientemente grande en el Universo primordial, también podrán explicar una fracción significativa de la materia oscura, probablemente no la expliquen en su totalidad ", describe.
Cuando dos de estos agujeros negros se encuentran, subraya el investigador del Departamento de Física, "forman un sistema binario y acaban por chocar y formar un nuevo agujero negro, más pesado y típicamente rodando rápidamente sobre sí mismo". Si los axones existen y son lo suficientemente ligeros, pueden llevar a que este nuevo agujero negro en rotación se vuelva inestable. "Esta inestabilidad super radiante, como es conocida, fuerza al agujero negro a reducir su velocidad de rotación a través de la producción de axones en su vecindad, en forma de una densa nube de axones alrededor del agujero negro, aproximadamente con la forma de un" "donut", apunta.
Puertas abiertas para estudiar la materia oscura
"A pesar de que esta inestabilidad ha sido prevista teóricamente desde hace más de cuatro décadas, hasta ahora nadie había tenido en cuenta el hecho de que los axones eran ellos mismos partículas inestables, pudiendo decaer o transformarse en pares de fotones, que son constituyentes elementales de la luz . Aunque la probabilidad de que este decaimiento ocurra de forma espontánea sea diminuta, tal que un axión tiene una vida media superior a la edad del Universo, el decaimiento de un axón podrá ser estimulado por el paso de un fotón ", describe el investigador.
Cada uno de los fotones resultantes de este decaimiento podrá así encontrar un nuevo axón al viajar en el interior de la nube de axones y estimular su decaimiento, produciendo dos nuevos fotones que, a su vez, estimular el decaimiento de más axones, y así sucesivamente. Este "efecto dominó", compara, "es muy similar a lo que ocurre en un láser típico, llevando a la producción de un número muy elevado de fotones".
Juan Rosa mostró en este trabajo que las nubes de axones formadas alrededor de pequeños agujeros negros primordiales pueden ser tan densas que bastará un pequeño número de fotones para estimular el decaimiento de un número elevadísimo de axones, produciendo un láser extremadamente potente y luminoso.
"Hemos llamado a este nuevo fenómeno un" BLAST "(del acrónimo inglés para Black Hole Laser accionado por Axion Superradiant instabilities) debido a su naturaleza explosiva, ya que una nube de axones puede alcanzar una gran luminosidad en muy poco tiempo, que deja de poder soportar el fortísimo campo electromagnético generado por el láser en su interior y el láser se apaga.
"Nuestro análisis reveló también algo bastante sorprendente, que los BLAST pueden ya haber sido observados. Para que los axiones expliquen naturalmente la mayor parte de la materia oscura en el Universo, su masa deberá ser cerca de cincuenta mil millones de veces inferior a la del electrón. En este caso, prevé que los BLAST corresponderán a explosiones electromagnéticas en la gama de radio, con frecuencias del orden de los GHz y duración de apenas unos milisegundos, brillando en este corto período como cerca de mil millones de soles", apunta el trabajo.
Cerca de treinta explosiones de este género, conocidas como FRB, fueron observadas por telescopios en la última década y, a pesar de las muchas teorías propuestas para explicarlas, su origen sigue siendo desconocido.
"Nuestros resultados sugieren así que estas potentes explosiones celestiales pueden originarse en la propia materia oscura, en forma de axones y agujeros negros primordiales", se congratula João Rosa. Esto puede, de esta forma, "constituir un nuevo laboratorio astrofísico para probar la naturaleza de la materia oscura, su papel en la física de partículas elementales y también las condiciones extremas en el Un
