Axiones y el Fondo Óptico Cósmico

^{Crédito: NASA/APL/SwRI y NASA/JPL-Caltech} 

^{Por: Amal Pushp, Físico Afiliado de Resonance Science Foundation} 

El fondo cósmico de microondas (CMB) es el primer resplandor de radiación presente en el universo que, al parecer, se remonta a la época en que éste comenzó a existir. Similar a esta radiación, existe otro resplandor del que se oye hablar menos y que corresponde a la luz emitida en la región visible del espectro electromagnético, principalmente por todas las fuentes astrofísicas fuera de la vía láctea. Esta radiación que abarca el universo se denomina fondo óptico cósmico (COB por sus siglas en inglés). Desde un punto de vista técnico, el COB es un conjunto de fotones, estrictamente en el espectro visible, sobre el volumen del universo observable. A partir del COB se puede inferir una cantidad significativa de información sobre galaxias, cúmulos estelares, etc. Además, los fenómenos de acreción de masa por agujeros negros asociados a los sistemas galácticos y estelares también cuentan al alcance de la COB [1].   

En cuanto a la observación, el proceso es bastante complicado, ya que otros factores del cielo total, son mucho más brillantes y potentes que el COB, lo que reduce su presencia y hace que la detección sea un proceso engorroso. Además, implica una calibración precisa de los instrumentos asociados. Así pues, para evitar los efectos externos, las mediciones actuales del COB se sondean mediante misiones de naves espaciales como la New Horizons lanzada por la NASA. La misión New Horizons ha revelado los datos más precisos del COB y las detecciones recientes sugieren que la intensidad del COB en sentido literal es el doble del valor predicho teóricamente.  

Ahora los físicos de partículas han propuesto los axiones, que son partículas hipotéticas teorizadas como candidatas a materia oscura. Sin embargo, a pesar de que se han publicado tantos artículos sobre las características e interacciones de esta partícula, no ha habido ninguna pista observacional en esta dirección, e incluso después de décadas, la posibilidad de su existencia sigue latente.  

^{El diagrama de Feynman representa el proceso de desintegración del axión y, por tanto, muestra la producción de dos fotones. Créditos: Caltech} 

No obstante, los investigadores tienen la esperanza de que la reciente actualización sobre la intensidad del COB abra la posibilidad de relacionar la desintegración de axiones como explicación del exceso de fotones en el COB y esto es exactamente lo que se ha hecho de forma explícita en un artículo publicado en la revista Physical Review Letters [2]. La lógica que subyace a la equiparación de la desintegración del axión con el exceso observado en el COB es el hecho de que la desintegración del axión produce dos fotones (véase la figura anterior). Así pues, la integración de los fotones producidos como resultado de la desintegración del axión a partir de distintos momentos en el tiempo, seguida de una estimación precisa del corrimiento al rojo cosmológico, proporciona un buen ajuste de los resultados y los datos disponibles. 

Cabe señalar que la relación entre la desintegración del axión y el exceso de COB previsto, no es más que una conjetura matemática o un ansatz por el momento. Una futura sonda satelital llamada SPHEREx, que la NASA lanzará en 2025, será la encargada de confirmarlo. Se espera que la misión zanje el debate sobre si la conexión propuesta por los investigadores es correcta o refutable. Para más información sobre el trabajo, haz click aquí.  

En un artículo anterior, hablé del fondo cósmico de gravitones (CGB), que es un recinto térmico de radiación gravitatoria. Desde el punto de vista de la investigación, sería interesante explorar los puntos en común en las interacciones del CMB, el COB y el CGB, así como los posibles nuevos efectos físicos producidos como resultado de su comportamiento colectivo.  

Referencias 

[1] Tod R. Lauer et al, New Horizons Observations of the Cosmic Optical Background, The Astrophysical Journal (2021). DOI: 10.3847/1538-4357/abc881 

[2] José Luis Bernal et al, Cosmic Optical Background Excess, Dark Matter, and Line-Intensity Mapping, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.231301