Uma das maiores ideias da física é a possibilidade de que todas as forças, partículas e interações conhecidas possam ser ligadas numa única estrutura.
© NASA/Chandra (aglomerado de galáxias de Perseu)
A teoria das cordas é sem dúvida a proposta mais bem conhecida para uma "teoria de tudo" que uniria a nossa compreensão do Universo físico.
Apesar de existirem muitas versões diferentes da teoria das cordas circulando durante décadas pela comunidade da física, têm havido muito poucos testes experimentais. No entanto, os astrônomos que usam o observatório de raios X Chandra da NASA deram um passo significativo nessa área.
Pesquisando aglomerados galácticos, as maiores estruturas do Universo mantidas juntas pela gravidade, os pesquisadores conseguiram procurar uma partícula específica que muitos modelos da teoria das cordas preveem que deveria existir. Embora a não detecção resultante não descarte completamente a teoria das cordas, dá um golpe em certos modelos desta variedade de ideias.
A partícula que os pesquisadores estavam procurando é chamada de áxion. Estas partículas ainda não detectadas devem ter massas extraordinariamente baixas. Os cientistas não sabem o intervalo preciso de massa, mas muitas teorias apresentam massas axiais que variam de mais ou menos um milionésimo da massa de um elétron até massa zero. Alguns cientistas pensam que os áxions poderiam explicar o mistério da matéria escura, responsável pela grande maioria da matéria no Universo.
Uma propriedade incomum destas partículas de massa extremamente baixa seria a de que às vezes convertem-se em fótons à medida que passam através de campos magnéticos. O oposto também pode ser verdadeiro: os fótons também podem ser convertidos em áxions sob certas condições. A frequência com que esta conversão ocorre depende da facilidade com que a fazem, ou seja, da sua "conversibilidade."
Alguns cientistas propuseram a existência de uma classe mais ampla de partículas de massa extremamente baixa com propriedades semelhantes às dos áxions. Os áxions teriam um único valor de conversibilidade em cada massa, mas as "partículas semelhantes aos áxions" teriam um intervalo de conversibilidade na mesma massa.
"Embora possa parecer um tiro no escuro procurar partículas minúsculas como os áxions em estruturas gigantescas como aglomerados galácticos, na verdade são lugares ótimos para a procura," disse David Marsh da Universidade de Estocolmo na Suécia. "Os aglomerados de galáxias contêm campos magnéticos enormes e também costumam conter fontes brilhantes de raios X. Juntas, estas propriedades aumentam a probabilidade de detectar a conversão de partículas parecidas aos áxions."
Para procurar sinais de conversão por partículas tipo-áxion, a equipe de astrônomos examinou mais de cinco dias de observações em raios X, pelo Chandra, de material a caindo em direção ao buraco negro supermassivo no centro do aglomerado de galáxias de Perseu. Eles estudaram o espectro do Chandra, ou a quantidade de emissão de raios X observada em diferentes energias desta fonte. A longa observação e a brilhante fonte de raios X forneceram um espectro com sensibilidade suficiente para mostrar distorções que os cientistas esperavam caso partículas tipo-áxion estivessem presentes.
A ausência de detecção de tais distorções permitiu que os pesquisadores descartassem a presença da maioria dos tipos de partículas parecidas aos áxions na gama de massas às quais as suas observações eram sensíveis, abaixo de trilionésimos da massa de um elétron.
"A nossa análise não descarta a existência destas partículas, mas definitivamente não ajuda ao seu caso," disse Helen Russell da Universidade de Nottingham no Reino Unido. "Estas restrições investigam o leque de propriedades sugeridas pela teoria das cordas e podem ajudar os teóricos a descartar algumas versões das teorias das cordas."
O resultado mais recente foi cerca de três a quatro vezes mais sensível do que a melhor investigação anterior de partículas semelhantes aos áxions, proveniente de observações através do Chandra do buraco negro supermassivo da galáxia M87. Este estudo do aglomerado de galáxias de Perseu também é cerca de cem vezes mais poderoso que as medições atuais que podem ser realizadas em laboratórios aqui na Terra, para o intervalo de massa que consideraram.
Claramente, uma possível interpretação deste trabalho é que não existem partículas do tipo-áxion. Outra explicação é que as partículas têm valores de conversibilidade ainda mais baixos do que o limite de detecção desta observação, e inferiores aos esperados por alguns físicos de partículas. Também podem ter massas mais altas do que as estudadas com os dados do Chandra.
O artigo que descreve estes resultados foi publicado na revista The Astrophysical Journal.
Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
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