Você já mergulhou seu olhar para o céu a noite e se perguntou o que você não consegue enxergar nele? Enquanto admiramos o brilhos das estrelas e galáxias no céu noturno, o cosmos está repleto de objetos celestiais invisíveis chamados estrelas de bóson, composto de um tipo de matéria exótica que não imite luz alguma.
Cientistas acreditam que a matéria escura compõe aproximadamente 25% da massa e energia total do universo, no entanto ele permanece difícil de compreender. Por mais que tenhamos abundante evidências indiretas da existência dela, a essência dela permanece um mistério. A hipótese mais aceita é de que a matéria escura consiste em um tipo de partícula desconhecida, porém não foi possível detectar uma diretamente.
Por anos, físicos acreditavam que se tratavam de partículas massiva de interação fraca (WIMPs). Essas partículas hipotéticas, esboçadas de teorias de supersimetria, a princípio teriam massa similar às partículas pesadas, como as top quark, mas interagiriam levemente com a matéria convencional. No entanto, apesar de muita busca, ainda não foram encontradas evidências de WIMPs.
Por sorte, há outro candidato: o axion
O que são axions?
Axions foram originalmente propostos para solucionar um problema relacionado à força nuclear potente, que obedece duas simetrias fundamentais, carga e paridade, apesar de não haver o porquê disso ocorrer. Em vez de improvisarem uma solução definindo arbitrariamente parâmetros nas equações como zero, físicos sugeriram uma explicação melhor: esse parêmetro poderia representar um novo campo quântico que preserva a simetria.
A partícula teorizada ligada a este campo foi chamada de axion (o nome é derivado de um detergente de louças, por “limpar” o problema de simetria). Se axions existem, são os candidatos ideais para matéria escura por serem abundantes e raramente interagirem com a matéria convencional. Além disso, axions podem levar a fenômenos cósmicos bizarros.
O comportamento estranho dos axion
Axions são incrivelmente leves – trilhões de vezes mais leves do que neutrinos, a partícula de menor massa. Por ser extremamente leve, as propriedades da onda quântica manifestam em escala macroscópica. Embora toda partícula tenha uma onda associada, só notamos os efeitos em sistemas subatômicos. Axions, no entanto, têm comprimento de ondas de tamanho de galáxias.
Outra característica marcante dos axions é que eles são bósons. Diferentemente de fermions (como os eletrons que obedecem estritamente às regras de ocupação quântica), bósons podem ocupar o mesmo estado quântico simultaneamente. Isso significa que axions podem ser agrupados em quantidades enormes sem quaisquer restrições – igual aos fótons em um feixe de luz.
Essas propriedades – alcance longo, comportamento quântico e essência de bóson – sugerem que axions podem acabar se tornando objetos extremamente densos, unidos pela própria (mesmo que fraca) gravidade. Essencialmente, eles podem formar um novo tipo de estrela – uma que é completamente invisível.
O mundo oculto das estrelas de bóson
Esses objetos hipotéticos, conhecidos como estrelas axion, estrelas bóson ou estrelas escuras, desafiam nossa compreensão sobre corpos celestes. Diferentemente das estrelas mais convencionais, que brilham devido fissão nuclear, estrelas de bóson não emitem luz e interagem minimamente com os arredores.
O tamanho pode variar muito:
- Estrelas de bóson pequenas podem ter massas muito similares às estrelas mais comuns como o nosso sol.
- Estrelas de bóson grande se estendem aos centros galáticos, podendo influenciar a dinâmica de galáxias.
Os desafios e oportunidades de detectar estrelas de bóson
A existência de estrelas de bóson apresenta desafios e oportunidades para físicos. Por um lado, se a matéria escura existe como um dedsses objetos massivos e invisíveis, ela pode explicar porque detectar axions é tão difícil. A menos que uma estrela bóson passe diretamente através do nosso sistema solar, detectores tradicionais jamais os encontrarão.
Por outro, estrelas bóson podem interagir com o universo de maneira que possibilitem a detecção.
Possíveis fenômenos incluem:
Atrapalhando fissões nucleares que ocorrem
- Atrapalhando fissões nucleares que ocorrem nos núcelos das estrelas.
- Passando por eventos explosivos chamadas bosenovas, no qual eles liberam quantidades massivas de energia
Um universo preenchido por estrelas invisíveis?
Ainda não se sabe se axions existem ou se são parte integrante da matéria escura. Se existem, o universo pode estar infestado de “estrelas escuras” invisíves, silenciosas e inofensivas, moldando o cosmos de maneira que ainda há de se compreender.
Enquanto se busca por respostas, a simples ideia de que o céu à noite que admiramos pode ter gigantes fantasmas é um emocionante vislumbre do invisível no tecido da realidade.
