Ghemuri gigantice de invizibile materie întunecată care cutreieră universul ar putea face ravagii stelelor binare, sfâșiind-le încet, sugerează un nou studiu. Aceste efecte violente ar putea ajuta la dezvăluirea adevăratei naturi a celei mai evazive entități din univers.
De-a lungul deceniilor, astronomii au adunat o cantitate enormă de dovezi care indică existența materiei întunecate, o formă invizibilă a materiei care explică aproximativ 85% din masă în aproape fiecare galaxie. Inițial, astronomii au crezut că materia întunecată ar putea fi un nou tip de particule cunoscute sub numele de particule masive cu interacțiune slabă (WIMP), care ar interacționa numai între ele prin gravitatie și forța nucleară slabă.
Dar experimentele concepute pentru a găsi urmele semnalelor WIMP-urilor în timp ce plutesc pe Pământ nu au găsit nimic, iar modelul WIMP are unele dificultăți în a se potrivi cu densitățile materiei din nucleele galactice. Din acest motiv, oamenii de știință au căutat din ce în ce mai mult un model alternativ în care particula de materie întunecată este extrem de ușoară – chiar mai ușoară decât cea mai ușoară particulă cunoscută, neutrini.
În aceste modele, particula de materie întunecată ar fi de peste un miliard de miliarde de ori mai ușoară decât un electron. Și știm din mecanica cuantică că toate particulele au o natură ondulatorie asociată cu ele, pe care o putem detecta de obicei numai în experimente subatomice. Dar, în acest scenariu, materia întunecată ar fi atât de ușoară încât ar acționa mai mult ca o undă la scară de dimensiunea sistem solar sau mai mare.
Recent, o echipă de astronomi în China a examinat acest model și a căutat modalități de a detecta prin observație acest tip de materie întunecată. Și-au raportat munca în un articol publicat la serverul de preprint arXiv în aprilie. (Studiul nu a fost încă revizuit de către colegi.)
Materia întunecată ultra-uşoară nu ar zumzea în jurul cosmosului ca nişte gloanţe minuscule. În schimb, ar fi slosh în jurul fiecărei galaxii ca un ocean vast, invizibil. Și la fel cum oceanele pot susține valuri, baia de materie întunecată ultra-uşoară ar avea oscilații proprii. Unele dintre aceste valuri s-ar putea grupa într-un singur grup care călătorește interdependent, menținând în același timp forma – cunoscut sub numele de soliton.
Acești solitoni ar fi complet invizibili – ca niște valuri uriașe și necinstite care traversează galaxie, dar făcuți din materie atât de ușoară încât abia ar afecta mediul înconjurător. Dar oamenii de știință din spatele noului studiu au descoperit că dimensiunea uriașă a solitonilor ar putea modifica subtil mediul gravitațional din jurul lor.
Influența gravitațională a solitonilor ar fi atât de slabă încât aproape totul din galaxie nu ar fi afectat de aceștia. Dar perechile binare de stele care au distanțe largi sunt doar slab ținute împreună de gravitația lor reciprocă, astfel încât solitonii ar fi suficient de mari pentru a-și modifica orbitele.
Cercetătorii au identificat toate perechile binare largi în Catalog Gaia din miliardele de stele cele mai apropiate soarele și le-a semnalat pentru observații viitoare. Dacă stelele binare ar începe să se îndepărteze unele de altele, asta s-ar putea datora influenței solitonilor.
Echipa a descoperit că, urmărind evoluția stelelor binare, am putea avea o sondă foarte sensibilă de materie întunecată ultra-uşoară – poate chiar mai sensibilă decât orice laborator de pe Pământ proiectat să detecteze acest tip de materie întunecată. Deci, dacă ceva ciudat pare să se întâmple stelelor binare, am putea avea doar primul nostru indiciu cu privire la natura materiei întunecate.