Una fuente galáctica continua de líneas de axiones: el notable caso del ^{23}Na

Área de la Ciencia:

• Astrofísica
• Física de Partículas
• Física Nuclear

Sus antecedentes:

• Los axiones son partículas hipotéticas que podrían resolver el problema fuerte de CP en física de partículas.
• Las estrellas masivas sintetizan elementos como el sodio durante su evolución.
• Los entornos estelares alcanzan temperaturas extremas, lo que influye en los procesos nucleares.

Objetivo del estudio:

• Investigar el potencial del sodio-23 ({}^{23}Na) como fuente de axiones galácticos.
• Determinar si la producción de axiones en estrellas puede conducir a señales astrofísicas observables.
• Evaluar la detectabilidad de estos axiones con telescopios de rayos gamma actuales y futuros.

Principales métodos:

• Se utilizaron simulaciones MESA (Modules for Experiments in Stellar Astrophysics) para modelar la evolución estelar y la nucleosíntesis.
• Se desarrolló un modelo galáctico para simular el flujo de axiones en la Tierra.
• Se muestrearon diversas masas de progenitoras, ubicaciones y etapas evolutivas.

Principales resultados:

• Se identificó que el estado excitado de 440 keV de {}^{23}Na se popula térmicamente a temperaturas características de la quema de carbono (≳7×10⁸ K).
• Se calculó un flujo continuo de axiones en la Tierra (⟨ϕ_{a}⟩≈22/cm²s para g_{aNN}^{eff}=10⁻⁹).
• Se predijo que la conversión de axiones a fotones en el campo magnético galáctico produce una línea de rayos gamma de 440 keV detectable.

Conclusiones:

• El {}^{23}Na es una fuente potencialmente significativa de axiones galácticos.
• La línea de rayos gamma de 440 keV predicha es detectable por detectores de rayos gamma de todo el cielo como COSI.
• Las futuras observaciones con COSI podrían sondear un nuevo espacio de parámetros para las propiedades de los axiones (|g_{aNN}^{eff}g_{aγγ}|≳1.8×10⁻²² GeV⁻¹).