Gli assioni si nascondono nei raggi X?

L'esistenza degli assioni è stata ipotizzata per la prima volta negli anni '70 per spiegare perché le forze atomiche forti seguono la simmetria di parità di carica

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Una particella ipotetica, a lungo cercata, potrebbe essere nascosta nei raggi X.

L’eccessiva emissione di raggi X proveniente da un gruppo di stelle di neutroni soprannominate “i magnifici sette” sembra essere cosi elevata da giustificare l’esistenza degli assioni, particelle forgiate nei nuclei densi di questi cadaveri stellari.

La scoperta per ora non è stata confermata, ma se in futuro lo sarà, potrebbe spiegare alcuni misteri del nostro universo, forse potrebbe dirci qualcosa sulla natura della materia oscura che ha contribuito a formare le grandi strutture che lo compongono.

“Trovare gli assioni è stato uno dei maggiori impegni nella fisica delle particelle ad alta energia, sia in teoria che negli esperimenti”, ha affermato l’astronomo Raymond Co dell’Università del Minnesota che ha aggiunto:

“Pensiamo che gli assioni possano esistere, ma non li abbiamo ancora scoperti. Puoi pensare agli assioni come particelle fantasma. Possono essere ovunque nell’Universo, ma non interagiscono fortemente con noi, quindi non abbiamo loro osservazioni”.



L’esistenza degli assioni, particelle con una massa piccolissima, è stata ipotizzata per la prima volta negli anni ’70 per spiegare perché le forze atomiche forti seguono la simmetria di parità di carica, quando la maggior parte dei modelli afferma che non è necessario.

Diversi modelli della teoria delle stringhe che è una soluzione che vuole unire relatività e meccanica quantistica, prevedono l’esistenza dell’assione. Queste particelle, con una massa specifica sono forti candidate alla materia oscura, per questo sono fondamentali le osservazioni per scoprire se questa misteriosa particella esiste realmente.

Gli assioni potrebbero essere prodotti all’interno delle stelle. Certo, non sarebbero gli stessi assioni della materia oscura, ma la scoperta avrebbe diverse implicazioni, come l’esistenza di diversi tipi di assioni.

Per scoprire gli assioni stellari il modo migliore sarebbe quello di osservare e misurare eccessi di radiazioni. La teoria vuole infatti che gli assioni decadano in coppie di fotoni in presenza di un campo magnetico, quindi se viene rilevata più radiazione elettromagnetica di quella che calcolata in una regione in cui si prevede che questo decadimento abbia luogo, ciò potrebbe costituire una prova dell’esistenza degli assioni stellari.

In questo caso, l’eccesso di radiazione X dura è esattamente ciò che gli astronomi hanno scoperto studiando i Magnifici Sette.

Queste stelle di neutroni che non sono altro che nuclei collassati di stelle massicce residuo di una supernova – non sono raggruppate, ma condividono una serie di tratti in comune. Sono tutte stelle di neutroni isolate di mezza età, cioè poche centinaia di migliaia di anni dall’evento di supernova che le ha prodotte.

I magnifici sette si stanno raffreddando, emettendo raggi X (morbidi) a bassa energia. Presentano forti campi magnetici, trilioni di volte più forti di quelli della Terra, abbastanza potenti da innescare il decadimento degli assioni. E sono tutti relativamente vicini, entro 1.500 anni luce dalla Terra.

Queste stelle di neutroni sono quindi un interessante laboratorio per studiare l’esistenza degli assioni. I magnifici sette infatti sono stati osservati da un gruppo di ricercatori guidato dall’autore senior e fisico Benjamin Safdi del Lawrence Berkeley National Laboratory. Il team ha studiato i Magnifici Sette con più strumenti, identificando emissioni X ad alta energia (dura) -emissione non prevista per stelle di neutroni di quel tipo.

A causarli è l’esistenza degli assioni? Non è detto, infatti nello spazio ci sono molti processi che possono produrre radiazioni X ad alta energia, quindi il team ha dovuto esaminare attentamente altre potenziali fonti di emissione. Le pulsar, ad esempio, emettono forti radiazioni X; ma gli altri tipi di radiazioni emesse dalle pulsar, come le onde radio, non sono state riscontrate nei Magnifici Sette.

Una possibile spiegazione è che le sorgenti non risolte vicino alle stelle di neutroni potrebbero produrre l’emissione di raggi X duri osservata. Ma i set di dati utilizzati dal team, provenienti da due diversi osservatori di raggi X  – XMM-Newton e Chandra – hanno indicato che l’emissione proviene esclusivamente dalle stelle di neutroni. Né, ha scoperto il team, è probabile che il segnale sia il risultato di un accumulo di emissioni di raggi X morbide.

“Siamo abbastanza fiduciosi che questo eccesso esista e siamo molto fiduciosi che ci sia qualcosa di nuovo tra questo eccesso”, ha detto Safdi “Se fossimo sicuri al 100% che ciò che stiamo vedendo è una nuova particella, sarebbe enorme. Sarebbe rivoluzionario in fisica”.

E’ stata confermata l’esistenza dell’assione quindi? Non è detto, l’assione non è ancora stato trovato e l’emissione potrebbe essere causata da un processo astrofisico ancora sconosciuto. Oppure potrebbe essere qualcosa di semplice come un artefatto dei telescopi o l’elaborazione dei dati.

“Non stiamo dicendo che abbiamo fatto la scoperta del Assione ancora, ma stiamo dicendo che i raggi X in eccesso essere spiegati con gli assioni”, ha detto un coautore . “È un’entusiasmante scoperta dell’eccesso nei fotoni dei raggi X, ed è un’entusiasmante possibilità che è già coerente con la nostra interpretazione degli assioni”.

Il prossimo passo sarà provare a verificare il ritrovamento. Se l’eccesso di energia è prodotto dagli assioni, la maggior parte della radiazione dovrebbe essere emessa a energie superiori a quelle che XMM-Newton e Chandra sono in grado di rilevare. Il team spera di utilizzare un telescopio più potente, il NuSTAR della NASA, per osservare i Magnifici Sette su una gamma più ampia di lunghezze d’onda.

Anche le nane bianche magnetizzate potrebbero essere interessanti per studiare l’emissione di assioni. Come i Magnifici Sette, questi oggetti hanno forti campi magnetici e non si prevede che producano forti emissioni di raggi X.

“Questo inizia ad essere abbastanza convincente che quanto osservato è qualcosa al di là del modello standard se osserviamo un eccesso di raggi X anche nelle nane bianche”, ha concluso Safdi.

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