Un grupo de investigadores ha utilizado los datos de Messier 87*, el agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia Messier 87, para descartar la presencia de axiones. Al menos, no existen en un rango específico de masas en su entorno. Algo que puede resultar útil en la búsqueda de esa ansiada partícula…

Sin noticias de axiones en el entorno de Messier 87*

Un grupo de investigadores (de instituciones de China y Alemania) ha recurrido a los datos que recopiló el Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés), en busca de intentar encontrar los ansiados axiones en el entorno de Messier 87*. Hay que recordar que estamos hablando del primer agujero negro supermasivo que se pudo observar de manera directa. Más allá del logro que supuso poder captar, por primera vez, una imagen de una de estas bestias cósmicas, se han recogido muchos datos que resultan útiles en diferentes ámbitos.

Sin noticias de axiones en el entorno de Messier 87*
La galaxia Messier 87, observada por el telescopio Hubble. Crédito: NASA/STScl/Wikisky/Hubble

A fin de cuentas, el telescopio no ha dejado de funcionar en este tiempo y sigue adelante con su trabajo. Los investigadores explican que han recurrido a datos recientes para intentar determinar si podría haber axiones en su entorno, recurriendo a cambios, a lo largo del tiempo, en la dirección de la polarización. Antes de entrar de lleno en la materia, es necesario recordar que estamos hablando de una partícula hipotética. Los axiones se sugirieron por primera vez allá por la década de 1970. Se planteó para poder explicar varias cosas.

Por un lado, por qué hay tan poca antimateria en el universo. Por otro lado, y quizá más interesante, también es una partícula candidata a ser parte de la materia oscura. Pero, desde que se comenzase a jugar con este concepto, no ha habido ninguna búsqueda que haya logrado dar resultados satisfactorios. A lo largo de los años, se han sucedido los estudios en los que los axiones, y otras partículas hipotéticas, han sido objeto de búsquedas en entornos extremos del universo. El no tener buenas noticias, sin embargo, no es un fracaso…

El estudio no permite descartar los axiones, pero sí algunos aspectos

Desde que se comenzase su búsqueda, han sido muchos los investigadores que han intentado encontrar pistas que pudiesen apuntar a la existencia de los axiones. En este nuevo estudio, lo que se ha hecho es profundizar en otra posibilidad que se planteó a nivel teórico. Lo que se sugiere es que los axiones podrían acumularse en nubes alrededor de los agujeros negros. Aunque el concepto parece lo suficientemente simple en teoría, en la práctica no era fácil llevarlo a cabo. Había que esperar a la llegada de tecnología apropiada.

Hasta hace poco, no había imágenes de luz polarizada emitida por un agujero negro. Hay que recordar que la luz polarizada es aquella cuyas ondas oscilan en un único plano. A diferencia de la luz no polarizada, cuyas ondas oscilan en diferentes planos. Hasta 2021 no se disponía de este tipo de información sobre Messier 87*. La situación cambió gracias a que el EHT (que está formado por una red de radiotelescopios repartida por todo el planeta) capturó imágenes del agujero negro y las público para su uso por parte de otros investigadores.

¿Qué tiene que ver la polarización en toda esta historia? La teoría sugiere que una nube de axiones, en el entorno de un agujero negro, debería afectar a la polarización de la luz que viniese de esa parte de la nube. Es decir, en esas oscilaciones contenidas en un único plano (que es la definición de luz polarizada), deberíamos observar un bamboleo. Con eso en mente, los investigadores repasaron los datos publicados por el EHT, esperando encontrarlo. Para poder hacerlo, era necesario filtrar los datos y descartar los bamboleos de otras fuentes.

Una técnica que se puede utilizar en otros agujeros negros

Tras limpiar los datos, y eliminar las fuentes de posibles bamboleos, observaron que quedaba un pequeño bamboleo en los datos. Suficiente para descartar la posibilidad de que existan axiones ultraligeros en una nube alrededor del agujero negro. Esto no quiere decir, sin embargo, que suponga un carpetazo a los axiones. Hay otras posibilidades y, por supuesto, otros entornos donde poder llevar a cabo la búsqueda. Las técnicas que han aplicado, según explican, podrían utilizarse para la búsqueda de otras partículas similares a axiones.

Esta es la primera imagen de un agujero negro: M87*, en el centro de la galaxia Messier 87. Crédito: NSF

Esa búsqueda se podría llevar a cabo, por ejemplo, en el entorno de Sagitario A*, el agujero negro en el centro de la Vía Láctea. Desde que se publicase la imagen de Messier 87*, se está esperando con ansia la publicación de la imagen de Sagitario A*. Es el próximo objetivo del ETH y, sin duda, habrá muchos datos interesantes que analizar. Por supuesto, poder ver el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra propia galaxia supondrá todo un hito. Sea como fuere, la búsqueda de partículas hipotéticas, como los axiones, no va a cesar.

Todavía hay grandes misterios que desgranar en el universo. La partícula (o partículas) que podrían ser materia oscura, por ejemplo, es uno de ellos. Ha habido multitud de candidatos, desde los axiones hasta, por mencionar solo un ejemplo, los hexaquarks. La llegada de nueva tecnología será vital para poder avanzar en esa dirección. En el peor de los casos, como sucede con este estudio, permitirá descartar la existencia de axiones (u otras partículas hipotéticas) en un rango concreto de masas. Veremos qué sucede en el futuro…

Estudio

El estudio es C. Yifan, L. Yuxin, M. Yosuke et al.; «Stringent axion constraints with Event Horizon Telescope polarimetric measurements of M87«. Publicado en la revista Nature Astronomy el 17 de marzo de 2022. Puede consultarse en este enlace.

Referencias: Phys