Un nou studiu arată cum stelele de neutroni ar putea să ne dea informații despre materia întunecată, reprezentând adevărate detectoare care ar putea să acumuleze în interior materie întunecată.

Materia întunecată

Universul ar fi alcătuit în mare parte dintr-o materie care nu știm din ce este compusă: așa numită materie întunecată, care exercită forță gravitațională asupra materiei normale, precum stele și galaxii, dar nu se vede – nu interacționează (decât eventual extrem de slab) cu materia normală.  Stelele de exemplu, mai ales cele din periferia galaxiilor, simt această forță gravitațională că o forță în plus față de cea datorată materiei vizibile și au o viteză de rotație în jurul centrului galactic sensibil mai mare (cel puțin asta este explicația noastră în prezent a acestor viteze), exact așa cum observăm. Materia întunecată reprezintă un mare mister: din ce este compusă? Fizicienii cred că este alcătuită din particule încă nedescoperite, care interacționează cu celelalte pe care le cunoaștem prin forță gravitațională și poate prin noi forțe – nedescoperite în prezent; așa-numitul foton întunecat și forțe întunecate. 

Cum căutăm materia întunecată?

Multe experimente la ora actuală încearcă să descopere materia întunecată – adică particule ale acesteia la acceleratoare de particule și în laboratoare subterane. La acceleratoare se încearcă prin ciocniri la energii foarte mari să se genereze materie întunecată; în experimentele din laboratoarele subterane, pe de altă parte, se caută semnale ale interacțiunii particulelor de materie întunecată care ajung din Univers cu detectoarele noastre. Până în prezent însă nu au fost descoperite semnale clare ale acestei materii. În acest context un nou studiu, publicat în revista Physical Review Letters, arată cum stelele de neutroni ar putea reprezenta detectoarele ideale de materie întunecată.

Stelele de neutroni ca detectoare de materie întunecată

Stelele de neutroni iau naștere atunci când stele cu masă mai mare decât a Soarelui, 10-20 de ori mai mare, ajung la finalul vieții, mai întâi formând o supernovă. Mare parte a materiei stelei este împrăștiată în Univers în urma acestui eveniment; altă parte însă dă naștere unei stele de neutroni. O stea de neutroni are o masă cam de două ori mai mare ca a Soarelui, însă o rază de doar circa 10 km! Este deci un obiect extrem de dens. Densitatea este atât de mare încât dacă am avea noi, oamenii această densitate toată omenirea ar încăpea într-un... degetar! Atracția gravitațională exercitată de o asemenea stea este foarte mare și în aceste condiții o asemenea stea ar atrage și materia întunecată, acumulând-o în interior. Din ce în ce mai multă materie întunecată, particulele acesteia interacționând cu cele ale stelei (neutroni), ceea ce ar duce în timp la încălzirea stelei de neutroni. Pe măsură ce se acumulează din ce în ce mai multă materie întunecată în steaua de neutroni aceasta depășește limita de stabilitate și se transformă într-o gaură neagră. Evident, nu știm dacă așa stau lucrurile, însă dacă materia întunecată există este foarte probabil să se întâmple aceste procese. În articolul pomenit anterior sunt făcute calcule în această direcție – calcule care arată cum materia întunecată ar putea fi prinsă în capcana reprezentată de stelele de neutroni.

Noile observații astronomice ar putea studia fenomenul

Noile observații astronomice ale stelelor de neutroni, cu precizie din ce în ce mai bună, ar putea să ne dea semnale ale acestui fenomen. Evident, fizica implicată depinde mult de masa particulelor de materie întunecată – necunoscută în prezent. Ar fi totuși posibil că în viitor observații ale stelelor de neutroni să ne ajute nu doar să înțelegem cum se comportă materia normală la densități atât de mari, cât și dacă în inima unei stele de neutroni s-ar putea găsi o parte formată din materie întunecată, capturată de gravitația intensă a stelei de neutroni.

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe