Pesquisadores dizem que estrelas de nêutrons são fundamentais para entender matéria escura indescritível

Os cientistas podem estar um passo mais perto de desvendar um dos grandes mistérios do Universo depois de calcularem que as estrelas de nêutrons podem ser uma chave para nos ajudar a compreender a matéria escura indescritível.

Crédito: Pixabay/CC0 Domínio Público 

Em um artigo publicado no Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, físicos do Centro de Excelência ARC para Física de Partículas de Matéria Escura, liderado pela Universidade de Melbourne, calcularam que a energia transferida quando partículas de matéria escura colidem e se aniquilam dentro de estrelas de nêutrons frias e mortas pode aquecer as estrelas sobem muito rapidamente.

Anteriormente, pensava-se que esta transferência de energia poderia demorar muito tempo, em alguns casos, mais longa do que a idade do próprio Universo, tornando este aquecimento irrelevante.

A professora Nicole Bell, da Universidade de Melbourne, disse que os novos cálculos mostram pela primeira vez que a maior parte da energia seria depositada em apenas alguns dias.

“A busca pela matéria escura é uma das maiores histórias de detetive da ciência.

A matéria escura representa 85% da matéria do nosso universo, mas não podemos vê-la.

A matéria escura não interage com a luz – não absorve luz, não reflete luz, não emite luz.” Isso significa que nossos telescópios não podem observá-lo diretamente, mesmo sabendo que ele existe. Em vez disso, a sua atração gravitacional sobre os objetos que podemos ver diz-nos que deve estar lá.

“Uma coisa é prever teoricamente a matéria escura, mas outra coisa é observá-la experimentalmente. Os experimentos na Terra são limitados pelos desafios técnicos de fazer detectores suficientemente grandes.

No entanto, as estrelas de nêutrons atuam como enormes detectores naturais de matéria escura, que têm têm coletado matéria escura por escalas de tempo astronomicamente longas, então eles são um bom lugar para concentrarmos nossos esforços”, disse o professor Bell.

Estrelas de nêutrons são formadas quando uma estrela supermassiva fica sem combustível e entra em colapso.

Têm uma massa semelhante à do nosso Sol, espremidos numa bola com apenas 20 km de largura. 

Se fossem mais densos, eles se tornariam buracos negros.

“Embora a matéria escura seja o tipo dominante de matéria no universo, é muito difícil de detectar porque as suas interações com a matéria comum são muito fracas.

Tão fraca, na verdade, que a matéria escura pode passar diretamente através da Terra, ou mesmo através do Sol.

“Mas as estrelas de nêutrons são diferentes – elas são tão densas que as partículas de matéria escura têm muito mais probabilidade de interagir com a estrela.

Se as partículas de matéria escura colidirem com os nêutrons da estrela, elas perderão energia e ficarão presas.

Com o tempo, isso levaria a um acúmulo de matéria escura na estrela”, disse o professor Bell.

O candidato a doutorado da Universidade de Melbourne, Michael Virgato, disse que se espera que isso aqueça estrelas de nêutrons velhas e frias a um nível que pode ser ao alcance de observações futuras, ou mesmo desencadear o colapso da estrela em um buraco negro.

“Se a transferência de energia acontecer com rapidez suficiente, a estrela de nêutrons seria aquecida.

Para que isso aconteça, a matéria escura deve sofrer muitas colisões na estrela, transferindo cada vez mais energia da matéria escura até que, eventualmente, toda a energia tenha sido depositada na estrela”, disse Virgato.

Este processo levaria muito tempo porque, à medida que a energia das partículas de matéria escura se torna cada vez menor, é cada vez menos provável que interajam novamente.

Como resultado, pensava-se que a transferência de toda a energia demorava muito tempo – por vezes mais do que a idade do universo. Em vez disso, os pesquisadores calcularam que 99% da energia é transferida em apenas alguns dias. “Esta é uma boa notícia porque significa que a matéria escura pode aquecer estrelas de nêutrons a um nível que pode ser potencialmente detectado.

Como resultado, a observação de uma estrela de nêutrons fria forneceria informações vitais sobre as interações entre a matéria escura e a regular, lançando luz sobre a natureza desta substância indescritível.

“Se quisermos compreender a matéria escura – que está em toda parte – é fundamental que usemos todas as técnicas à nossa disposição para descobrir o que realmente é a matéria oculta do nosso universo”, disse Virgato.

Esta pesquisa foi conduzida por uma equipe de especialistas internacionais do Centro de Excelência ARC para Física de Partículas de Matéria Escura, incluindo a Professora Nicole Bell e Michael Virgato da Universidade de Melbourne, o Dr. Laboratório Nacional do Acelerador Fermi, EUA.

Fonte: phys.org