Uma dieta de matéria escura pode tornar algumas estrelas efetivamente imortais

No nosso Universo em rápida expansão , a vida das estrelas segue caminhos já desgastados , fundindo o hidrogénio e depois o hélio antes de aumentarem de tamanho até esgotarem os seus combustíveis nucleares e entrarem em colapso, não sendo mais capazes de resistir à força da gravidade.

O centro da Via Láctea brilha incrivelmente forte. (SARAO) 

Mas algumas estrelas na região mais interna da nossa Via Láctea, muito perto do centro galáctico , podem estar a traçar o seu próprio caminho, exibindo propriedades estranhas que não se enquadram na nossa imagem padrão da evolução estelar.

Uma nova investigação sugere que estas anomalias podem ser alimentadas principalmente pela matéria escura em vez da fusão nuclear – com essa matéria escura a “reabastecer” as estrelas e tornando-as praticamente antigas em comparação.

Usando um modelo computacional de evolução estelar, pesquisadores da Universidade de Estocolmo, na Suécia, e da Universidade de Stanford, na Califórnia, simularam uma população de estrelas girando em torno do centro galáctico da Via Láctea, comparando como elas evoluíram com e sem injeção de matéria escura.

O seu modelo prevê a existência de uma nova classe de estrelas pesadas que são mantidas “acesas” não apenas por pequenas quantidades de fusão de núcleos atómicos, mas também pela aniquilação de um fornecimento “ efectivamente infinito ” de partículas de matéria escura que colidem com a antimatéria .

Liberando uma mistura quente de fótons e elétrons, esta reação exótica poderia fornecer pressão suficiente para impedir o colapso da estrela por potencialmente até 100 vezes o tempo de vida de uma estrela mais típica, tornando-as praticamente imortais.

“O interior da Galáxia é exatamente onde a densidade da matéria escura é alta o suficiente para que a aniquilação da matéria escura substitua substancialmente a fusão nuclear como fonte de energia estelar, permitindo que as estrelas permaneçam jovens para sempre, apesar da sua idade avançada”, disse Isabelle John, estudante de pós-graduação em astrofísica na A Universidade de Estocolmo e seus colegas escrevem em sua pré-impressão , que não foi revisada por pares.

Essa juventude indica que eles se formaram localmente e não vieram de outro lugar. No entanto, os nossos modelos atuais de formação estelar sugerem que as estrelas não podem coalescer a cerca de um terço de ano-luz do buraco negro central , o que representa o enigma número um.

A sequência principal escura (topo) prevista pelas simulações da equipe, em comparação com a sequência principal padrão da evolução estelar (abaixo). Esses gráficos representam a luminosidade, ou brilho, das estrelas (L) em relação à sua temperatura. ( John et al., arXiv , 2024 )

Existem também poucas estrelas antigas e evoluídas perto do centro galáctico, e a população estelar é surpreendentemente pesada, consistindo em mais estrelas de grande massa do que as regiões exteriores da galáxia. Essas estrelas internas também estão se aproximando de forma inesperada e rápida em torno do centro galáctico. Enigmas dois, três e quatro.

Uma explicação para toda essa estranheza pode estar na matéria escura , sugerem John e colegas. A matéria escura é uma das substâncias mais evasivas do nosso Universo, uma massa invisível nunca detectada diretamente, mas que se pensa contribuir com o excesso de gravidade necessário para manter unidas as galáxias em rápido movimento.

Incorporando a influência da matéria escura nos seus modelos de evolução estelar, John e colegas prevêem que uma nova classe de estrelas pode existir perto do centro galáctico com “diferenças marcantes” que as colocam fora do reino das chamadas estrelas da sequência principal .

As estrelas da sequência principal, o tipo de estrela mais abundante no Universo, residem numa banda espessa do diagrama de Hertzprung-Russell , que traça as trajectórias de vida das estrelas, tendo em conta as suas massas iniciais, brilho e temperaturas.

As simulações de John e colegas sugerem que um novo ramo de estrelas pode precisar ser adicionado a esse gráfico: estrelas de maior massa (cinco vezes ou mais massiva que o nosso Sol) que agregam matéria escura de uma reserva virtualmente infinita e queimam em temperaturas mais frias durante o mesmo brilho das estrelas da sequência principal.

“A densidade de matéria escura nestas estrelas é continuamente reabastecida, concedendo a estas estrelas a imortalidade e resolvendo múltiplas anomalias estelares”, escreve a equipe.

Embora as suas simulações sugiram uma nova população de estrelas que os nossos telescópios poderiam apontar para procurar sinais de matéria escura em funcionamento , o brilho absoluto do centro galáctico tornaria-as difíceis de observar.

“Até o momento, o número de estrelas conhecidas no parsec interno [da Via Láctea] é limitado e são necessárias mais estrelas para detectar de forma robusta qualquer efeito da matéria escura”, observa a equipe .

Outra investigação publicada no início deste ano também propôs uma explicação alternativa para a razão pela qual as estrelas próximas do centro da nossa galáxia parecem tão jovens, sugerindo que elas se rejuvenescem não com a matéria escura, mas com o hidrogénio sugado dos seus vizinhos.

A pesquisa foi postada no servidor de pré-impressão arXiv em maio.

Sciencealert.com