In un articolo pubblicato sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, i fisici del Centro di Eccellenza ARC per la Fisica delle Particelle di Materia Oscura, guidati dall’Università di Melbourne, hanno calcolato che l’energia trasferita quando le particelle di materia oscura collidono e si annientano all’interno delle stelle di neutroni fredde può riscaldare le stelle molto rapidamente.
In precedenza, si pensava che questo trasferimento di energia potesse richiedere molto tempo, in alcuni casi più dell’età dell’universo stesso, rendendo questo riscaldamento irrilevante. La Professoressa Nicole Bell dell’Università di Melbourne ha affermato che i nuovi calcoli mostrano per la prima volta che la maggior parte dell’energia verrebbe depositata in pochi giorni.
“La ricerca della materia oscura è una delle più grandi storie investigative della scienza. La materia oscura costituisce l’85% della materia nel nostro universo, eppure non possiamo vederla. Non interagisce con la luce: non la assorbe, non la riflette, non la emette. Questo significa che i nostri telescopi non possono osservarla direttamente, anche se sappiamo che esiste. La sua spinta gravitazionale sugli oggetti visibili ci dice che deve esserci.”
“Una cosa prevedere teoricamente la materia oscura, ma è un’altra cosa osservarla sperimentalmente. Gli esperimenti sulla Terra sono limitati dalle sfide tecniche di creare rilevatori sufficientemente grandi. Tuttavia, le stelle di neutroni agiscono come enormi rilevatori naturali di materia oscura, che hanno raccolto materia oscura per tempi astronomicamente lunghi, quindi sono un buon punto su cui concentrare i nostri sforzi,” ha detto la Professoressa Bell.
Le stelle di neutroni si formano quando una stella supermassiccia esaurisce il carburante e collassa. Hanno una massa simile a quella del Sole, compressa in una sfera larga solo 20 km. Se fossero più dense, diventerebbero buchi neri.
“Mentre la materia oscura è il tipo di materia dominante nell’universo, è molto difficile da rilevare perché le sue interazioni con la materia ordinaria sono molto deboli. Così deboli, infatti, che la materia oscura può attraversare la Terra o persino il Sole. Ma le stelle di neutroni sono diverse: sono così dense che le particelle di materia oscura sono molto più propense a interagire con la stella. Se le particelle di materia oscura collidono con i neutroni nella stella, perderanno energia e rimarranno intrappolate. Col tempo, ciò porterebbe a un accumulo di materia oscura nella stella,” ha affermato la Professoressa Bell.
Il candidato al dottorato dell’Università di Melbourne Michael Virgato ha affermato che questo dovrebbe riscaldare le vecchie stelle di neutroni fredde a un livello che potrebbe essere raggiunto dalle osservazioni future, o addirittura innescare il collasso della stella in un buco nero.
“Se il trasferimento di energia avviene abbastanza rapidamente, la stella di neutroni si riscalderebbe. Perché ciò accada, la materia oscura deve subire molte collisioni nella stella, trasferendo sempre più energia della materia oscura fino a quando, eventualmente, tutta l’energia è stata depositata nella stella,” ha detto Virgato.
Non si sapeva in precedenza quanto tempo avrebbe impiegato questo processo perché, man mano che l’energia delle particelle di materia oscura diventava sempre più piccola, erano sempre meno propense a interagire di nuovo. Di conseguenza, si pensava che trasferire tutta l’energia richiedesse molto tempo, talvolta più dell’età dell’universo. Invece, i ricercatori hanno calcolato che il 99% dell’energia viene trasferita in pochi giorni.
“Questa è una buona notizia perché significa che la materia oscura può riscaldare le stelle di neutroni a un livello che può essere potenzialmente rilevato. Di conseguenza, l’osservazione di una stella di neutroni fredda fornirebbe informazioni vitali sulle interazioni tra materia oscura e materia ordinaria, facendo luce sulla natura di questa sostanza elusiva.”
“Se vogliamo comprendere la materia oscura – che è ovunque – è fondamentale utilizzare ogni tecnica a nostra disposizione per capire cosa sia realmente la materia nascosta del nostro universo,” ha detto Virgato.
Riferimento: “Thermalization and annihilation of dark matter in neutron stars” di Nicole F. Bell, Giorgio Busoni, Sandra Robles e Michael Virgato, 3 aprile 2024, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. DOI: 10.1088/1475-7516/2024/04/006