_ „Stele întunecate” : Materia întunecată poate forma stele care explodează, iar observarea daunelor ar putea ajuta la dezvăluirea din ce este alcătuită

Materia întunecată este o substanță fantomatică pe care astronomii nu au reușit să o detecteze de zeci de ani, dar despre care știm că are o influență enormă asupra materie normală din univers, cum ar fi stelele și galaxiile. Prin atracția gravitațională masivă pe care o exercită asupra galaxiilor, le învârte, le dă o împingere suplimentară de-a lungul orbitelor lor sau chiar le sfâșie.

Ca o oglindă cosmică de carnaval, de asemenea, curbează lumina de la distanță. obiecte pentru a crea imagini distorsionate sau multiple, un proces care se numește lentilă gravitațională.

Și cercetări recente sugerează că poate crea și mai multă dramatism decât aceasta, prin producerea de stele care explodează.

Pentru toate ravagiile pe care le joacă cu galaxiile, nu se știu prea multe despre dacă materia întunecată poate interacționa cu ea însăși, altfel decât prin gravitație. Dacă experimentează alte forțe, acestea trebuie să fie foarte slabe, altfel ar fi fost măsurate.

Un posibil candidat pentru o particulă de materie întunecată, alcătuită dintr-o clasă ipotetică de particule masive care interacționează slab (sau WIMP-uri) , a fost studiat intens, până acum fără dovezi observaționale.

Recent, alte tipuri de particule, de asemenea, care interacționează slab, dar extrem de ușoare, au devenit în centrul atenției. Aceste particule, numite axioni, au fost propuse pentru prima dată la sfârșitul anilor 1970 pentru a rezolva o problemă cuantică, dar s-ar putea să se potrivească și pentru materia întunecată.

Spre deosebire de WIMP-urile, care nu pot „lipi” împreună pentru a forma obiecte mici, axionii pot face acest lucru. Deoarece sunt atât de ușoare, un număr mare de axioni ar trebui să țină cont de toată materia întunecată, ceea ce înseamnă că ar trebui să fie înghesuiți împreună. Dar, pentru că sunt un tip de particule subatomice cunoscute sub numele de boson, nu le deranjează.

De fapt, calculele arată că axioanele ar putea fi împachetate atât de strâns încât încep să se comporte ciudat - acționând în mod colectiv ca o undă - conform regulilor mecanicii cuantice, teoria care guvernează microlumea atomilor și particulelor. Această stare se numește condensat Bose-Einstein și poate, în mod neașteptat, să permită axiilor să formeze „stele” proprii.

Acest lucru s-ar întâmpla atunci când unda se mișcă singură, formând ceea ce fizicienii numesc un „soliton”, care este un bulgăre localizat de energie care se poate mișca fără a fi distorsionat sau dispersat. Acest lucru este adesea văzut pe Pământ în vârtejuri și vârtejuri sau în inelele cu bule de care se bucură delfinii sub apă.

Noul studiu oferă calcule care arată că astfel de solitoni ar ajunge să crească în dimensiune, devenind o stea, similară în dimensiunea sau mai mare decât o stea normală. Dar, în cele din urmă, devin instabile și explodează.

Energia eliberată dintr-o astfel de explozie (numită „bosenova”) ar rivaliza cu cea a unei supernove (o stea normală care explodează). Având în vedere că materia întunecată depășește cu mult materia vizibilă din univers, acest lucru ar lăsa cu siguranță un semn în observațiile noastre asupra cerului. Trebuie să găsim încă astfel de cicatrici, dar noul studiu ne oferă ceva de căutat.

Un test observațional

Cercetătorii din spatele studiului spun că gazul din jur, format din normal materie, ar absorbi această energie suplimentară din explozie și ar emite o parte din ea înapoi. Deoarece cea mai mare parte a acestui gaz este făcută din hidrogen, știm că această lumină ar trebui să fie în frecvențe radio.

În mod emoționant, observațiile viitoare cu radiotelescopul Square Kilometer Array ar putea fi capabile să o capteze.

Așadar, în timp ce artificiile de la exploziile de stele întunecate pot fi ascunse de vederea noastră, s-ar putea să le găsim consecințele în materia vizibilă. Ceea ce este grozav este că o astfel de descoperire ne-ar ajuta să aflăm din ce este formată de fapt materia întunecată - în acest caz, cel mai probabil axioni.

Ce se întâmplă dacă observațiile nu vor detecta semnalul prezis? Acest lucru probabil nu va exclude complet această teorie, deoarece alte particule „asemănătoare axionilor” sunt încă posibile. O eșec de detectare poate indica, totuși, că masele acestor particule sunt foarte diferite sau că nu se cuplează cu radiația atât de puternic pe cât am crezut.

De fapt, acest lucru s-a întâmplat înainte. Inițial, s-a crezut că axiunile se vor cupla atât de puternic încât ar putea să răcească gazul din interiorul stelelor. Dar, deoarece modelele de răcire a stelelor au arătat că stelele sunt foarte bune fără acest mecanism, puterea de cuplare a axionului a trebuit să fie mai mică decât se presupunea inițial.

Desigur, nu există nicio garanție că materia întunecată este formată din axioni. WIMP-urile sunt încă concurenți în această cursă și există și altele.

De altfel, unele studii sugerează că materia întunecată asemănătoare WIMP poate forma și „stele întunecate”. În acest caz, stelele ar fi totuși normale (facute din hidrogen și heliu), cu materia întunecată doar care le alimentează.

Aceste stele întunecate alimentate de WIMP se preconizează că vor fi supermasive și vor trăi doar pentru o scurtă perioadă de timp. timp în universul timpuriu. Dar au putut fi observate de telescopul spațial James Webb. Un studiu recent a susținut trei astfel de descoperiri, deși juriul este încă în discuție dacă acesta este cu adevărat cazul.

Cu toate acestea, entuziasmul față de axioni este în creștere și există multe planuri pentru a le detecta. De exemplu, se așteaptă ca axionii să se transforme în fotoni atunci când trec printr-un câmp magnetic, astfel încât observațiile fotonilor cu o anumită energie vizează stele cu câmp magnetic, cum ar fi stelele neutronice sau chiar soarele.

Pe frontul teoretic, există eforturi pentru a rafina predicțiile despre cum ar arăta universul cu diferite tipuri de materie întunecată. De exemplu, axionii pot fi distinși de WIMP-uri prin modul în care îndoaie lumina prin lentile gravitaționale.

Cu observații și teorii mai bune, sperăm că misterul materiei întunecate va fi dezvăluit în curând.

Acest articol este republicat din The Conversation sub o licență Creative Commons. Citiți articolul original.

(Fluierul)