Los axiones vinculan dos misterios de radio del Universo ⚡ экспресс
Se ha estudiado la posibilidad de la conversión axión-fotón como fuente única de dos anomalías en bajas frecuencias: el exceso isotrópico de radio ARCADE2 y la profunda caída global de absorción de la línea de 21 cm EDGES. Dentro del marco de la acción del axión en la métrica de fondo de Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker con campos magnéticos primordiales (CMP), se deriva una probabilidad de conversión dependiente de la escala teniendo en cuenta los efectos del plasma. La conversión resonante, cuando la masa del axión iguala la masa efectiva del fotón en el plasma, genera fotones suaves en el rango de MHz a GHz. La modelización de CMP estocásticos con amplitud B₀ e índice espectral n_B muestra que las partículas de tipo axión con masas ~10⁻¹⁴–10⁻¹² eV y CMP casi invariantes de escala de nivel subnano-gauss pueden explicar ambas señales. El calentamiento por disipación de los CMP mediante difusión ambipolar y decaimiento turbulento reduce la profundidad de la caída de 21 cm, desplazando la región permitida de parámetros. Los resultados se obtienen de primeros principios y mediante un análisis conjunto del exceso de radio y la señal de 21 cm, sin contradecir las restricciones del CMB sobre los CMP y ΔN_eff. Esto abre perspectivas para la búsqueda de axiones a través de la cosmología de 21 cm.
En 2006, el instrumento ARCADE-2 a bordo de un globo aerostático registró un exceso de ruido de radio en el cosmos. Más tarde, la antena EDGES mostró que la señal del antiguo hidrógeno tiene una depresión sorprendentemente débil. Dos misterios independientes encontraron una explicación común: el culpable es el axión, una partícula ultraligera de materia oscura capaz de convertirse en ondas de radio.
Esta emisión explica el exceso de señal de ARCADE-2, y el calor liberado calienta el hidrógeno, haciendo que su señal en el rango de radio parezca más débil (EDGES). Así, una sola partícula resuelve dos problemas observacionales a la vez.
Un giro sorprendente: estas conversiones de axiones ocurren constantemente, y ahora mismo un flujo de ondas de radio axiónicas atraviesa la Tierra. No las oímos solo porque se pierden en el ruido de nuestros propios instrumentos. Este descubrimiento ofrece a los astrónomos un nuevo método para buscar materia oscura — mediante el análisis espectral del hidrógeno antiguo. En su día, Vera Rubin fue la primera en notar la masa oculta en las galaxias, y Arno Penzias se topó accidentalmente con el ruido cósmico de radio. Ahora los axiones convierten ese ruido de interferencia en una llave a los secretos del Universo.
🎯 La línea de 21 centímetros del hidrógeno es la señal de radio más famosa del cosmos, que permitió trazar mapas de nuestra galaxia y asomarse a la era de las primeras estrellas.