Descoperirea unei „pitice întunecate” ar putea deschide calea către descifrarea misterului materiei întunecate

DNVN - Un studiu recent publicat arată că niște „pitice întunecate” misterioase ar putea oferi indicii importante, contribuind la clarificarea adevăratei naturi a materiei întunecate - unul dintre cele mai mari mistere ale cosmologiei moderne.

O nouă clasă propusă de obiecte stelare, numite pitice întunecate, ar putea pândi în centrul galaxiei noastre. Aceste stele slabe, cu masă mică, ar putea fi alimentate nu prin fuziune nucleară, ci prin anihilarea particulelor de materie întunecată, ceea ce ar putea dezvălui natura evazivă a unuia dintre cele mai mari mistere ale universului. (Conceptul artistului). Sursa: SciTechDaily.

Publicată în Journal of Astrophysics and Nuclear Astrophysics, echipa de cercetători din Marea Britanie și Hawaii a introdus conceptul de stele pitice întunecate și a descris modul în care oamenii le pot detecta folosind instrumente existente, inclusiv Telescopul Spațial James Webb. Numele de „stele pitice întunecate” nu vine din cauză că sunt în mod inerent întunecate, ci din cauză că sunt strâns legate de materia întunecată - o materie care rămâne în centrul astrofizicii și cosmologiei de astăzi.

„Credem că 25% din univers este alcătuit dintr-un tip de materie care nu emite lumină, ceea ce o face invizibilă cu ochiul liber și cu telescoapele. O putem detecta doar prin efectele sale gravitaționale. De aceea o numim materie întunecată”, a explicat co-autorul studiului, profesorul Jeremy Sakstein de la Universitatea din Hawaii.

Deși existența materiei întunecate a fost confirmată și oamenii de știință i-au observat comportamentul, adevărata sa natură rămâne un mister. În ultimii 50 de ani, au fost propuse numeroase ipoteze, dar niciuna nu a fost susținută de date experimentale solide. Studii precum acesta își propun să ofere metode practice pentru a ne apropia de un răspuns final.

Printre principalii candidați pentru materia întunecată se numără particulele masive cu interacțiune slabă (WIMP) – particule cu mase extrem de mari care interacționează foarte slab cu materia obișnuită. Acestea trec prin orice aproape nedetectate, nu emit lumină, nu sunt afectate de forțele electromagnetice și, prin urmare, nu reflectă lumina și rămân invizibile. WIMP-urile pot fi detectate doar indirect prin influența lor gravitațională. Acesta este, de asemenea, tipul de materie întunecată necesar pentru existența stelelor pitice întunecate.

Ilustrație a unei pitice negre. Sursa: Imagine creată de personalul Sissa Medialab folosind Adobe Illustrator

„Materia întunecată poate interacționa gravitațional, astfel încât este prinsă de stele și se acumulează în interiorul lor. Când se întâmplă acest lucru, poate interacționa cu ea însăși și se poate anihila, eliberând energie care încălzește steaua”, explică Sakstein.

Stelele obișnuite, precum Soarele, strălucesc prin fuziune nucleară în nucleele lor, atunci când sunt suficient de masive pentru ca gravitația să comprime materia până la punctul în care declanșează reacții între nucleele atomice, eliberând cantități enorme de energie pe care o vedem ca lumină. Stelele pitice întunecate, pe de altă parte, strălucesc și ele, dar nu prin fuziune nucleară.

„Piticele întunecate sunt foarte mici, având doar aproximativ 8% din masa Soarelui”, a spus Sakstein. Mase atât de mici nu sunt suficiente pentru a declanșa reacții de fuziune. Așadar, aceste obiecte, deși comune în univers, emit de obicei doar o strălucire slabă din energia generată de micul lor colaps gravitațional și sunt numite pitice brune.

Totuși, atunci când există în regiuni bogate în materie întunecată, cum ar fi centrul Căii Lactee, stele pitice brune se pot transforma în alte forme. „Aceste obiecte colectează materie întunecată, transformându-le în stele pitice întunecate”, a subliniat Sakstein. „Cu cât mai multă materie întunecată în jurul lor, cu atât acumulează mai multă materie. Și cu cât acumulează mai multă materie întunecată, cu atât mai multă energie pot genera din anihilarea lor.”

Însă toate aceste teorii funcționează doar pentru un anumit tip de materie întunecată. „Pentru ca stele pitice întunecate să existe, materia întunecată trebuie să fie formată din WIMP-uri sau orice particule masive care pot interacționa cu ele însele pentru a crea materie vizibilă”, a spus Sakstein. Alte teorii, cum ar fi axionii, neutrinii sterili sau particulele ultraluminoase slabe, sunt prea ușoare pentru a produce efectul dorit. Doar particulele masive care pot interacționa și se pot anihila în energie vizibilă ar oferi suficientă energie pentru stele pitice întunecate.

Însă pentru ca această ipoteză să fie validă, este nevoie de o metodă specifică de identificare a stelelor pitice întunecate. Așadar, Sakstein și colegii săi propun o semnătură: litiu-7. Acesta este un element care arde foarte rapid în stelele normale și dispare rapid. „Dacă găsiți un obiect care arată ca o pitică întunecată, puteți verifica dacă există urme de litiu-7. Dacă este încă acolo, nu poate fi o pitică brună sau ceva de genul acesta”, explică Sakstein.

Se crede că instrumentele moderne, precum Telescopul Spațial James Webb, pot detecta obiecte extrem de reci, cum ar fi stelele pitice întunecate. Sakstein sugerează o abordare diferită: „O altă opțiune este de a analiza întreaga populație și apoi de a întreba statistic dacă ar trebui inclusă o populație suplimentară de stelele pitice întunecate pentru a o caracteriza mai bine.”

Dacă oamenii de știință vor identifica una sau mai multe stele pitice întunecate în următorii ani, va fi suficient acest lucru pentru a susține ipoteza că materia întunecată este alcătuită din WIMP-uri? „Destul de puternic”, a răspuns Sakstein. „În cazul candidaților pentru materia întunecată ușoară, cum ar fi axionii, nu cred că vom găsi ceva care să arate ca o pitică întunecată. Acestea nu se acumulează în interiorul stelelor. Dacă vom găsi pitice întunecate, ar fi o dovadă puternică că materia întunecată este masivă și interacționează puternic cu ea însăși, dar doar slab cu modelul standard. Aceasta include WIMP-urile și alte modele exotice.”

Totuși, el a remarcat, de asemenea, că descoperirea piticelor întunecate nu înseamnă neapărat că materia întunecată este o WIMP, ci ar putea fi o WIMP sau o altă formă de materie care se comportă îndeaproape ca o WIMP.

Dacă această ipoteză se confirmă, ar deschide noi direcții de cercetare, ceea ce ar putea elucida unul dintre cele mai mari mistere ale universului.

La Khe (conform SciTech Daily)

Sursă: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-sao-lun-toi-co-the-mo-canh-cua-giai-ma-bi-an-vat-chat-toi/20250905082132203