CHANDRA TESTA A "TEORIA DE TUDO"

Cluster da galáxia Perseus.
Créditos da imagem: NASA / CXC / Cambridge Univ./CS Reynolds

Uma das maiores ideias da física é a possibilidade de que todas as forças, partículas e interações conhecidas possam ser conectadas em uma estrutura. A teoria das cordas é sem dúvida a proposta mais conhecida para uma “teoria de tudo” que uniria nossa compreensão do universo físico.

Apesar de ter muitas versões diferentes da teoria das cordas circulando pela comunidade de física por décadas, houve pouquíssimos testes experimentais. Os astrônomos que usam o Observatório de Raios-X Chandra da NASA, no entanto, deram um passo significativo nessa área.

Pesquisando através de aglomerados de galáxias, as maiores estruturas do universo mantidas juntas pela gravidade, os pesquisadores conseguiram caçar uma partícula específica que muitos modelos da teoria das cordas preveem que deveriam existir. Embora a não detecção resultante não descarte completamente a teoria das cordas, ela causa um golpe em certos modelos dessa família de ideias.

“Até recentemente, eu não tinha ideia do quanto os astrônomos de raios X traziam para a mesa quando se trata da teoria das cordas, mas poderíamos desempenhar um papel importante”, disse Christopher Reynolds, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, que liderou o projeto. “Se essas partículas forem detectadas, isso mudaria a física para sempre.”

A partícula que Reynolds e seus colegas estavam procurando é chamada de “axion”. Essas partículas ainda não detectadas devem ter massas extraordinariamente baixas. Os cientistas não sabem a faixa exata de massa, mas muitas teorias apresentam massas axiais que variam de cerca de um milionésimo da massa de um elétron a zero massa. 

Alguns cientistas pensam que áxions poderiam explicar o mistério da matéria escura, responsável pela grande maioria da matéria no universo.

Uma propriedade incomum dessas partículas de massa ultra baixa seria que elas às vezes se convertem em fótons (isto é, pacotes de luz) à medida que passam através de campos magnéticos. O oposto também pode acontecer: os fótons também podem ser convertidos em axions sob certas condições. A frequência com que essa opção ocorre depende da facilidade com que eles fazem essa conversão, ou seja, de sua “conversibilidade”.

Alguns cientistas propuseram a existência de uma classe mais ampla de partículas de massa ultra baixa com propriedades semelhantes às axiões. Os axiões teriam um único valor de conversibilidade em cada massa, mas as “partículas semelhantes a axônios” teriam um intervalo de conversibilidade na mesma massa.

“Embora possa parecer um tiro no escuro procurar partículas minúsculas como axônios em estruturas gigantescas como aglomerados de galáxias, na verdade são ótimos lugares para procurar”, disse o co-autor David Marsh, da Universidade de Estocolmo, na Suécia. “Os aglomerados de galáxias contêm campos magnéticos em distâncias gigantes e também costumam conter fontes brilhantes de raios-X. Juntas, essas propriedades aumentam as chances de que a conversão de partículas semelhantes a axônios seja detectável. ”

Para procurar sinais de conversão por partículas semelhantes a axônios, a equipe de astrônomos examinou durante cinco dias as observações do Chandra de raios X do material caindo em direção ao buraco negro supermassivo no centro do aglomerado de galáxias Perseus. 

Eles estudaram o espectro, ou seja, a quantidade de emissão de raios-X observada em diferentes energias dessa fonte. A longa observação e a brilhante fonte de raios-X deram um espectro com sensibilidade suficiente para mostrar distorções que os cientistas esperavam, se partículas do tipo axônio estivessem presentes.

A falta de detecção de tais distorções permitiu que os pesquisadores descartassem a presença da maioria dos tipos de partículas axiais na faixa de massa às quais suas observações eram sensíveis, abaixo de um milionésimo de bilionésimo da massa de um elétron. 

“Nossa pesquisa não descarta a existência dessas partículas, mas definitivamente não ajuda o caso delas”, disse a coautora Helen Russell, da Universidade de Nottingham, no Reino Unido. “Essas restrições investigam o leque de propriedades sugeridas pela teoria das cordas e podem ajudar os teóricos das cordas a eliminar suas teorias”.

O resultado mais recente foi cerca de três a quatro vezes mais sensível do que a melhor pesquisa anterior de partículas semelhantes a áxion, provenientes das observações do Chandra do buraco negro supermassivo em M87. 

Este estudo de Perseus também é cerca de cem vezes mais poderoso do que as medições atuais que podem ser realizadas em laboratórios aqui na Terra para a faixa de massas que eles consideraram.

Claramente, uma possível interpretação deste trabalho é que não existem partículas semelhantes a axônios. 

Outra explicação é que as partículas têm valores de conversibilidade ainda mais baixos do que o limite de detecção desta observação e menores do que alguns físicos esperavam. Eles também poderiam ter massas mais altas do que sondadas com os dados do Chandra.

Um artigo descrevendo estes resultados apareceram em 10 de fevereiro, edição do The Astrophysical Journal 2020 e está disponível on-line . Além de Reynolds, Marsh e Russell, os autores deste artigo são Andrew C. Fabian, também da Universidade de Cambridge, Robyn Smith da Universidade de Maryland em College Park, Maryland, Francesco Tombesi da Universidade de Roma na Itália. e Sylvain Veilleux, também da Universidade de Maryland.

https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/images/chandra-data-tests-theory-of-everything.html

Acompanhe também nas redes sociais:

YouTube

Instagram

Twitter

Facebook



Deixe um comentário

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair /  Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair /  Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair /  Alterar )

Conectando a %s