Las estrellas son más calientes y densas que cualquier laboratorio de la Tierra.
Por eso los núcleos estelares y las supernovas de colapso del núcleo son laboratorios para partículas débilmente interactuantes: el axión de QCD, las partículas tipo axión (ALPs) y sus parientes, todos ellos candidatos bien motivados a materia oscura. Producidas en el interior de una estrella, pueden delatarse como señales de rayos X y gamma, al desintegrarse o al convertirse en fotones en campos magnéticos.
Comparar esas señales con lo que ven los telescopios nos dice qué modelos sobreviven.
Tesis doctoral · 2024–2027
Stars and supernovae as axion laboratories: searches for feebly interacting particles with X- and gamma-ray telescopes
El plasma caliente y denso produce axiones mediante colisiones fotón–núcleo, bremsstrahlung de nucleones y transiciones nucleares.
Mi parte: tasas · modelos estelares con MESA
Como apenas interactúan, salen de la estrella casi sin obstáculos y se llevan energía, pero no luz.
Mi parte: espectros de emisión y flujos
Vuelven a convertirse en fotones en el campo magnético de la estrella progenitora, de la Galaxia o de un cúmulo de galaxias, o al desintegrarse en vuelo.
Mi parte: probabilidades de conversión y de desintegración
La señal llega a telescopios de rayos X y gamma: NuSTAR, Fermi-LAT, eROSITA, XMM-Newton, Swift, Chandra y COMPTEL.
Mi parte: reducción de datos · análisis de verosimilitud
i · Materia caliente y densa
ii · Conversores a escala cósmica
iii · Instrumentación
En las últimas fases de combustión de una estrella masiva, el núcleo se calienta de unos 10 a 300 keV y excita térmicamente transiciones nucleares que emiten axiones. Cada transición se activa a una temperatura distinta, así que el espectro de líneas de rayos X resultante funcionaría como un termómetro del núcleo y podría avisar de que una supergigante se acerca al colapso, igual que los neutrinos presupernova.
La estrella Wolf–Rayet HD 45166 tiene un campo superficial de 43 kG, lo bastante compacto para convertir axiones mucho más pesados de lo que permite el campo galáctico, dentro de una magnetosfera densa alimentada por el viento estelar que puede amplificar la señal de forma resonante. Los datos de NuSTAR, XMM-Newton y Swift, junto con modelos de MESA, darían los primeros límites a los axiones a partir de una estrella Wolf–Rayet. A escala galáctica: el núcleo turbulento de M82.
Si existen partículas débilmente interactuantes, cada estrella y cada supernova de la historia cósmica ha dejado un fondo difuso de ellas. Después del cúmulo de Virgo, el siguiente objetivo es el cúmulo de Coma, con datos de archivo de XMM-Newton y NuSTAR, tanto para axiones como para ondas gravitacionales de alta frecuencia.
INSPIRE-HEP, 12 de octubre de 2026; la lista incluye además un artículo en revisión y otro en preparación. En la mayoría de los artículos los autores aparecen por orden alfabético, como es habitual en el campo, así que en cada entrada indico qué hice yo. † Trabajo de mi máster.
Mostrando 14 de 14
1
F. R. Candón, D. F. G. Fiorillo, Á. Gil Muyor, H.-T. Janka, G. G. Raffelt, E. Vitagliano
En pocas palabras · Las estrellas que pierden sus capas externas antes de explotar tienen los campos magnéticos superficiales más intensos de todas las progenitoras de supernova, ideales para convertir axiones en rayos gamma. La próxima supernova de este tipo en nuestra Galaxia podría revelar el axión de QCD hasta masas de 10⁻⁴ eV.
Mi parte · Calculé la señal de rayos gamma esperada en Fermi-LAT por conversión de axiones en progenitoras de tipo Ib/c y obtuve el alcance de detección para la próxima supernova galáctica.
2
F. R. Candón, D. F. G. Fiorillo, H.-T. Janka, B. F. A. van Baal, E. Vitagliano
En pocas palabras · Las supernovas de tipo Ic proceden de estrellas compactas que han perdido sus capas externas. Las partículas que se desintegran en fotones cerca de una estrella así siguen dando una señal de rayos gamma, porque no hay envoltura que la absorba. Eso permite llegar a acoplamientos que SN 1987A no alcanza.
Mi parte · Lideré el análisis de Fermi-LAT de las supernovas de tipo Ic y obtuve los límites.
3
F. R. Candón, S. Ganguly, M. Giannotti, T. Kumar, A. Lella et al.
En pocas palabras · Cada supernova de la historia cósmica ha contribuido a un fondo difuso de partículas tipo axión. Revisamos cuán grande es ese fondo y hasta qué punto puede verlo Fermi-LAT.
Mi parte · Interpreté la señal difusa de ALPs de supernovas; calculé la sensibilidad de Fermi-LAT al fondo difuso.
4
F. R. Candón, P. Casaseca, M. Giannotti, M. Kaltschmidt, J. Ruz, J. K. Vogel
En pocas palabras · En el núcleo caliente de una supergigante como Betelgeuse, los núcleos de hierro-57 se excitan térmicamente; al desexcitarse pueden emitir axiones, que el campo magnético de la Galaxia convierte en una línea de rayos X muy estrecha. NuSTAR no la ve, y eso limita la intensidad con la que los axiones se acoplan a protones y neutrones.
Mi parte · Construí los modelos estelares con MESA; calculé la producción de axiones y su conversión en el campo magnético galáctico; hice la reducción de datos de NuSTAR y el análisis de verosimilitud.
5
F. R. Candón, D. F. G. Fiorillo, G. Lucente, E. Vitagliano, J. K. Vogel
En pocas palabras · Las partículas pesadas producidas en las estrellas masivas de la galaxia con brote estelar M82 son lo bastante lentas para desintegrarse en rayos X durante su viaje de 3,5 Mpc hasta la Tierra. La desintegración no necesita campo magnético, lo que elimina la mayor incertidumbre de las búsquedas por conversión.
Mi parte · Reduje los datos de NuSTAR de M82; hice los ajustes espectrales; obtuve los límites.
6
J. Ruz, E. Todarello, J. K. Vogel, F. R. Candón, M. Giannotti et al.
En pocas palabras · El campo magnético del Sol convierte las partículas tipo axión de su núcleo en rayos X que NuSTAR puede ver. El resultado es un helioscopio natural que supera a los experimentos en tierra para partículas muy ligeras.
Mi parte · Reduje las observaciones solares de NuSTAR; construí el modelo de fondo.
7
T. Zanzarella, F. R. Candón, M. Giannotti, M. Regis, J. Ruz et al.
En pocas palabras · Extiende el análisis solar de NuSTAR del acoplamiento axión–fotón a los acoplamientos del axión con nucleones y electrones.
Mi parte · Analicé las observaciones solares de NuSTAR.
F. Lecce, F. R. Candón, A. Lella, A. Mirizzi, J. K. Vogel, T. Zanzarella
En pocas palabras · Los cúmulos de galaxias están atravesados por campos magnéticos de megapársecs de extensión. En el cúmulo de Virgo convertirían ondas gravitacionales de alta frecuencia en fotones de rayos X y gamma; los datos de eROSITA y COMPTEL mejoran en uno o dos órdenes de magnitud los límites de la Vía Láctea.
Mi parte · Propuse usar instrumentos de gran campo para aprovechar el enorme volumen de conversión del cúmulo de Virgo; hice el análisis de eROSITA y COMPTEL.
F. R. Candón, D. F. G. Fiorillo, M. Giannotti, Á. Gil Muyor, E. Vitagliano, J. K. Vogel
En pocas palabras · El núcleo de M82 está atravesado por campos magnéticos enmarañados y de pequeña escala. En campos turbulentos así, la conversión sigue siendo eficiente para axiones más pesados que en campos grandes y uniformes.
Mi parte · Construí modelos con MESA de la población estelar de M82; calculé la producción de axiones (Primakoff, Compton, bremsstrahlung); hice el análisis de NuSTAR. Empecé este trabajo durante una estancia de investigación COST en Padua.
8
Y. Yu, J. Woo, I. Altunyurt, S. Basso, V. Burwitz et al. (incl. F. R. Candón)
Mi parte · Estudié el inventario de ópticas de vidrio de NuSTAR; hice simulaciones ópticas.
9
A. Arza, D. Aybas, S. Balaji, R. Balkin, K. Bartnick et al. (incl. F. R. Candón)
Mi parte · Escribí las secciones sobre telescopios de rayos X para búsquedas de WISPs y sobre IAXO.
10
IAXO Collaboration, A. Arcusa et al. (incl. F. R. Candón)
Mi parte · Miembro de la Colaboración IAXO.
11
IAXO Collaboration, S. Ahyoune et al. (incl. F. R. Candón)
Mi parte · Caractericé ópticas de rayos X tipo NuSTAR en el sincrotrón SOLEIL; las medidas alimentan el modelo de trazado de rayos.
12
G. Luzón, T. Dafni et al. (incl. F. R. Candón)
Mi parte · Trabajé en el sistema de veto del detector Micromegas de IAXO; optimicé la presión de trabajo para el barrido en masa del axión.
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