Un grup ciudat de stele se învârte în jurul centrului violent al Calea lactee ar putea deveni „nemuritoare” prin capturarea și distrugerea continuă a particulelor de materie întunecată din nucleele lor, sugerează un nou studiu.
Folosind simulări computerizate ale evoluției stelare, cercetătorii au descoperit că materie întunecată particulele captate de gravitația acestor stele se pot ciocni frecvent și se „anihilează” unele pe altele în interiorul stelei, transformându-se în particule obișnuite, eliberând în același timp o cantitate semnificativă de energie.
Această sursă suplimentară de energie ar putea menține stabilitatea stelei și ar putea să o facă nemuritoare, chiar și după ce aprovizionarea sa obișnuită cu combustibil nuclear s-a uscat, sugerează cercetătorii.
„Stelele ard hidrogenul fuziune nucleară”, autorul principal al studiului Isabelle John, un candidat la doctorat în fizica astroparticulelor la Universitatea din Stockholm, a declarat Live Science prin e-mail. „Presiunea exterioară din aceasta echilibrează presiunea interioară a forțelor gravitaționale și menține stelele într-un echilibru stabil.”
Cu toate acestea, multe stele reperate în apropierea găurii negre centrale a Căii Lactee par să fie mult mai tânără decât prevăd teoriile evoluției stelare. Pentru a investiga acest mister, cercetătorii au testat dacă stelele ar putea extrage energie din cantitatea abundentă de materie întunecată despre care se crede că există în centrul galactic.
„Simulările noastre arată că, dacă stelele pot colecta cantități mari de materie întunecată, care se anihilează în interiorul stelei, aceasta poate oferi o presiune exterioară similară, făcând steaua stabilă datorită anihilării materiei întunecate, mai degrabă decât a fuziunii nucleare – astfel încât stelele pot folosi materia întunecată ca un combustibil în loc de hidrogen”, a spus John. „Diferența importantă este că stelele își consumă hidrogenul, ceea ce le va duce în cele din urmă să moară. Pe de altă parte, stelele pot colecta continuu materie întunecată”.
Studiul, publicat pe serverul de preprint arXiv în luna mai, nu a fost încă evaluat de colegi.
Stele sfidând teoria
Evoluția stelară este un subiect bine studiat. Relațiile dintre vârsta, luminozitatea, dimensiunea și temperatura unei stele au fost derivate cu mare precizie atât cu ajutorul teoriei, cât și al datelor astronomice. Cu toate acestea, observațiile recente au arătat că proprietățile stelelor din apropierea centrului Calea lactee sfidează teoria general acceptată a evoluției stelare.
„Stelele cele mai interioare ale galaxiei noastre, stelele S-cluster, prezintă o serie de proprietăți care [are] nu a fost găsit nicăieri altundeva: nu este clar cum au ajuns atât de aproape de centru, unde mediul este considerat a fi destul de ostil formării stelelor”, a explicat John. “De asemenea, par să fie mult mai tineri decât s-ar aștepta dacă stele se mutaseră acolo din altă parte. În plus, se pare că există în mod neașteptat multe stele grele.”
Aceste proprietăți ciudate ale stelelor S-cluster ar putea fi explicate prin prezența unei surse suplimentare de energie în interiorul lor. De exemplu, această sursă suplimentară de energie ar putea permite stelei să ardă hidrogenul – sursa obișnuită de energie – la o rată mai mică, făcând-o să îmbătrânească mai lent și să pară mai tânără decât este în realitate.
În studiul lor recent, John, împreună cu Tim Linden al Universității din Stockholm și Rebecca K. Leane de la Laboratorul Național de Accelerator SLAC de la Universitatea Stanford, a sugerat că această sursă ar putea fi anihilarea particulelor de materie întunecată. Această explicație se aliniază cu faptul că se crede că cantități mai mari de materie întunecată pândesc în centrul galaxiei, chiar acolo unde au fost observate stelele ciudate.
„În cea mai mare parte a Căii Lactee, densitatea materiei întunecate nu este suficient de mare pentru a afecta stelele”, a spus John. „Dar la Centrul Galactic, cantitatea de materie întunecată este foarte mare, potențial de multe miliarde de ori mai sus decât pe Pământ.”
Anihilarea virtuală
Pentru a-și testa ipoteza, cercetătorii au efectuat o simulare pe computer a ciclului de viață al unei stele înconjurate de un nor de materie întunecată cu o densitate egală cu cea a centrului galactic. Ei au presupus că materia întunecată constă din particule masive care interacționează slab, unul dintre candidații principali pentru componentele materiei întunecate.
Deoarece particulele de materie întunecată nu au fost încă găsite în experimentele de laborator, puterea interacțiunii lor cu materia obișnuită și viteza cu care se anihilează reciproc nu sunt cunoscute. Dar studiul a arătat că pentru anumite valori ale acestor cantități, mecanismul de producere a energiei bazat pe materia întunecată a explicat perfect proprietățile observate ale stelelor S-cluster.
Cu toate acestea, pentru a le confirma explicația, autorii cred că mai multe stele trebuie descoperite în apropierea centrului galactic. În plus, trebuie efectuate măsurători mai precise ale parametrilor stelelor cunoscute pentru a compara în mod fiabil observațiile cu predicțiile teoretice. Sperăm că astfel de observații vor fi posibile în viitorul apropiat folosind Very Large Telescope din Chile sau Observatorul Keck din Hawaii, au spus cercetătorii.
„Observații mai precise ale stelelor din clusterul S ne vor oferi mai multe informații despre aceste stele și despre procesele în curs”, a spus John. „Acest lucru va arăta dacă observațiile sunt în concordanță cu simulările noastre sau dacă alte explicații ale proprietăților lor neobișnuite devin mai favorabile”.