Cómo el rastreo de rayos X del Sol atrapa partículas invisibles exprés

Original: "NuSTAR as an Axion Helioscope: probing axion-nucleon and axion-electron couplings"
arXiv:2605.26265 · 2026-05-25 · CC BY 4.0 · 2 min
Las imágenes de rayos X del Sol ayudaron a encontrar nuevos límites para las partículas fantasma: los axiones.

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Diminutas balas invisibles atraviesan el Sol de lado a lado, casi sin notar su materia. Son los axiones: partículas hipotéticas tan ligeras y escurridizas que se comparan con fantasmas. Los físicos sugieren que en el interior ardiente de la estrella, los fotones térmicos (partículas de luz) pueden convertirse en axiones, y estos, al salir, vuelven a convertirse en fotones, pero ya en el rango de los rayos X. El campo magnético de la atmósfera solar actúa como un revelador: si los axiones existen, dejarán una huella característica en la imagen de rayos X.

Los astrónomos tomaron datos del telescopio espacial NuSTAR, un instrumento que ve rayos X muy duros, justo los que podrían generar los axiones. Las observaciones se realizaron en 2020, cuando el Sol estaba especialmente tranquilo: mínimo de actividad, pocas manchas y erupciones. En esos períodos, el fondo natural de rayos X es mínimo y cualquier resplandor sospechoso es más fácil de notar. Pero no se encontró nada extra: los axiones no aparecieron.

La ausencia de señal también es un resultado. Si no se captura la partícula, significa que interactúa demasiado débilmente o que no existe. Así, los científicos establecen barreras para futuras búsquedas.

Este resultado negativo permitió calcular los límites superiores: cuán fuertemente puede estar acoplado el axión a los electrones, los núcleos atómicos y los fotones. Los números obtenidos, $g_{ae}\cdot g_{a\gamma}\lesssim 1.1\times10^{-24}\,\mathrm{GeV}^{-1}$ y $g_{aN}^{\rm eff}\cdot g_{a\gamma}\lesssim 2.3\times 10^{-19}\,\mathrm{GeV}^{-1}$, suenan como abracadabra, pero detrás de ellos hay una idea simple. Si el axión se aferrara a la materia ordinaria con más fuerza, el telescopio lo habría visto. Como no lo vio, el acoplamiento es más débil que estos números. Son las restricciones más estrictas hasta la fecha, obtenidas no en un laboratorio, sino con la ayuda de una estrella entera.

Resumen original

tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2605.26265

We investigate solar X-ray observations as a probe of axions and axion-like particles. These particles can be produced in the interior of the Sun via the conversion of thermal photons, as well as through processes involving axion-electron and axion-nucleon interactions. The resulting axions can then reconvert into photons in the Sun's atmospheric magnetic field, generating a signal in the X-ray energy range. In this work, we derive new limits on axions using X-ray observations with the Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) during the 2020 solar minimum. In the regime where ALP production is dominated by couplings to electrons or nucleons, we obtain bounds on the product of couplings $$g_{ae}\cdot g_{a\gamma}\lesssim 1.1\times10^{-24}\,\rm GeV^{-1}$$ and $$g_{aN}^{\rm eff}\cdot g_{a\gamma}\lesssim 2.3\times 10^{-19}\,\rm GeV^{-1}$$ at 95% CL, for axion masses $$m_a\lesssim10^{-6}\,\rm eV$$. These constraints strongly improve current ground-based experimental limits, establishing solar X-ray observations as a powerful and robust method for axion searches.

NuSTAR es el primer telescopio capaz de enfocar rayos X duros. Sus espejos están recubiertos con un revestimiento multicapa especial que refleja fotones con energías de hasta 79 keV, casi como en el consultorio del dentista, pero apunta a galaxias lejanas y al Sol.

g_{ae}\cdot g_{a\gamma}\lesssim 1.1\times10^{-24}\,\mathrm{GeV}^{-1}
El producto de las constantes de acoplamiento del axión con el electrón y con el fotón no supera el valor indicado. Este es el límite superior obtenido de las observaciones.
Científicos
Paul DiracFritz ZwickyEmmy NoetherWilliam Lawrence BraggSatyendra Nath BoseAlbert Einstein
Conceptos
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