La materia oscura è una sostanza spettrale che gli astronomi non sono riusciti a rilevare per decenni, ma che sappiamo ha un’enorme influenza sulla materia normale nell’universo, come le stelle e le galassie. Attraverso la massiccia attrazione gravitazionale che esercita sulle galassie, le fa ruotare, dà loro una spinta extra lungo le loro orbite o addirittura le fa a pezzi.

Come uno specchio carnevalesco cosmico, piega anche la luce degli oggetti distanti per creare immagini distorte o multiple, un processo chiamato lente gravitazionale.

E altre ancora… recente ricerca suggerisce che potrebbe creare ancora più drammaticità di così, producendo stelle che esplodono.

Nonostante tutto lo scompiglio che provoca con le galassie, non si sa molto sul fatto che la materia oscura possa interagire con se stessa, se non attraverso la gravità. Se sperimenta altre forze, queste devono essere molto deboli, altrimenti sarebbero state misurate.

Un possibile candidato per una particella di materia oscura, costituita da un'ipotetica classe di particelle massicce debolmente interagenti (o WIMP), è stato studiato intensamente, finora senza prove osservative.

Recentemente, altri tipi di particelle, anch'esse debolmente interagenti ma estremamente leggere, sono diventate al centro dell'attenzione. Queste particelle, chiamate assioni, sono stati i primi proposto alla fine degli anni ’1970 a risolvere un problema quantistico, ma potrebbero anche rientrare nella categoria della materia oscura.

A differenza dei WIMP, che non possono “attaccarsi” insieme per formare piccoli oggetti, gli assioni possono farlo. Poiché sono così leggeri, un numero enorme di assioni dovrebbe rappresentare tutta la materia oscura, il che significa che dovrebbero essere stipati insieme. Ma poiché sono un tipo di particella subatomica conosciuta come a Higgs, a loro non importa.

In effetti, i calcoli mostrano che gli assioni potrebbero essere così fitti che iniziano a comportarsi in modo strano – agendo collettivamente come un’onda – secondo le regole della meccanica quantistica, la teoria che governa il micromondo di atomi e particelle. Questo stato è chiamato a Condensato di Bose-Einstein, e potrebbe, inaspettatamente, consentire agli assioni di formare “stelle” dei loro.

Ciò accadrebbe quando l’onda si muove da sola, formando quello che i fisici chiamano “solitone”, ovvero un grumo localizzato di energia che può muoversi senza essere distorto o disperso. Questo è spesso visto sulla Terra nei vortici e nei vortici, o nelle bolle che li circondano i delfini si divertono sott'acqua.

I nuovo studio fornisce calcoli che mostrano che tali solitoni finirebbero per aumentare di dimensioni, diventando una stella, di dimensioni simili o più grandi di una stella normale. Ma alla fine diventano instabili ed esplodono.

L’energia rilasciata da una di queste esplosioni (soprannominata “bosenova”) rivaleggia con quella di una supernova (una stella normale che esplode). Dato che la materia oscura supera di gran lunga la materia visibile nell’universo, ciò lascerebbe sicuramente un segno nelle nostre osservazioni del cielo. Dobbiamo ancora trovare cicatrici di questo tipo, ma il nuovo studio ci dà qualcosa su cui cercare.

Un test osservativo

I ricercatori dietro lo studio diciamo che il gas circostante, fatto di materia normale, assorbirebbe questa energia extra dall'esplosione e ne riemetterebbe una parte. Poiché la maggior parte di questo gas è costituita da idrogeno, sappiamo che questa luce dovrebbe essere nelle radiofrequenze.

Emozionante, future osservazioni con il Array di chilometri quadrati il radiotelescopio potrebbe essere in grado di rilevarlo.

Quindi, mentre i fuochi d’artificio delle esplosioni di stelle oscure potrebbero essere nascosti alla nostra vista, potremmo essere in grado di trovare le loro conseguenze nella materia visibile. La cosa fantastica è che una tale scoperta ci aiuterebbe a capire di cosa è effettivamente composta la materia oscura: in questo caso, molto probabilmente, assioni.

Cosa succede se le osservazioni non rilevano il segnale previsto? Ciò probabilmente non escluderà completamente questa teoria, poiché sono ancora possibili altre particelle “simili ad assioni”. Un fallimento nel rilevamento potrebbe tuttavia indicare che le masse di queste particelle sono molto diverse o che non si accoppiano con la radiazione in modo così forte come pensavamo.

In effetti, questo è già successo prima. Originariamente si pensava che gli assioni si accoppiassero così fortemente da poterlo fare raffreddare il gas all'interno delle stelle. Ma poiché i modelli di raffreddamento stellare mostravano che le stelle funzionavano perfettamente senza questo meccanismo, la forza di accoppiamento degli assioni doveva essere inferiore a quanto inizialmente ipotizzato.

Naturalmente non vi è alcuna garanzia che la materia oscura sia composta da assioni. I WIMP sono ancora contendenti in questa corsa, e ce ne sono anche altri.

Per inciso, alcuni studi suggeriscono che la materia oscura sia simile alle WIMP possono anche formare “stelle oscure”. In questo caso, le stelle sarebbero ancora normali (fatte di idrogeno ed elio), con la materia oscura che le alimenta.

Si prevede che queste stelle oscure alimentate dalle WIMP siano supermassicce e vivano solo per un breve periodo nell'universo primordiale. Ma potrebbero essere osservati dal telescopio spaziale James Webb. Uno studio recente ha affermato tre di queste scoperte, anche se la giuria non ha ancora deciso se sia davvero così.

Tuttavia, l’entusiasmo per gli assioni è in crescita e ci sono molti progetti per rilevarli. Ad esempio, sono attesi gli assioni trasformarsi in fotoni quando passano attraverso un campo magnetico, quindi le osservazioni di fotoni con una certa energia prendono di mira stelle con campi magnetici, come stelle di neutroni, o anche il Sole.

Sul fronte teorico, ci sono sforzi per affinare le previsioni su come apparirebbe l’universo con diversi tipi di materia oscura. Ad esempio, gli assioni possono essere distinti dai WIMP dal modo in cui piegano la luce attraverso la lente gravitazionale.

Con osservazioni e teorie migliori, speriamo che il mistero della materia oscura venga presto svelato.

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

Immagine di credito: ESA/Webb, NASA e CSA, A. Martel

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• Fonte: https://singularityhub.com/2024/03/25/dark-stars-dark-matter-may-form-exploding-stars-finding-them-could-help-reveal-what-its-made-of/