Oamenii de stiinta stiu de aproape un secol ca cea mai mare parte a materiei din Univers este formata dintr-o entitate misterioasa cunoscuta sub numele de materie intunecata, care nu reflecta si nu emite lumina – de unde si numele.
Existenta sa a devenit evidenta in urma numeroaselor observatii astronomice ale miscarii stelelor si galaxiilor prin spatiu, care au scos la iveala ceva ciudat: masa materiei vizibile a fost insuficienta pentru a explica traiectoriile acestor obiecte si ca cantitatea de materie intunecata necesara era de cinci ori mai mare decat cea a materie obisnuita.
In ciuda acestei abundente teoretizate, fizicienii nu au observat inca in mod direct materia intunecata, iar compozitia ei ramane un mister. Acest lucru in primul rand pentru ca materia intunecata interactioneaza foarte slab cu alte particule, ceea ce face extrem de dificila detectarea ei in experimentele de laborator. Pana acum, toate astfel de incercari nu au dat niciun rezultat.
O echipa de fizicieni teoreticieni americani, inclusiv Javier Acevedo, Rebecca Leanem si Lillian Santos-Olmsted de la Universitatea Stanford, au propus o modalitate intriganta de a rezolva aceasta problema in studiul lor preprint, folosind piticele albe ca „detectori” pentru materia intunecata evaziva.
Pitica alba ca detectoare de materie intunecata
„Pe masura ce o stea intra in faza sa gigantica rosie, fuzioneaza heliul cu carbonul si oxigenul in miezul sau, dar daca nu are o masa suficienta pentru a genera temperaturile necesare fuziunii carbonului, o masa inerta de carbon si oxigen se va acumula in centrul sau. ”, a scris echipa in studiul lor.
„Piticile albe sunt ramasitele stelelor cu masa mica pana la medie care si-au epuizat combustibilul nuclear si si-au aruncat straturile exterioare, dezvaluind nucleul ramas, de obicei compus dintr-o retea cristalina de atomi de carbon si oxigen.”
Piticele albe reprezinta stadiul final al evolutiei pentru mai mult de 97% dintre stelele din Univers si au o densitate incredibila. Potrivit oamenilor de stiinta ai studiului, aceste proprietati pot fi utile in cautarea particulelor de materie intunecata.
„Densitatea sa il face unul dintre cele mai dense obiecte ceresti din Univers, fiind doar pe locul doi dupa stelele cu neutroni. Dar, in comparatie cu stelele neutronice, piticele albe sunt mult mai mari, astfel incat suprafata disponibila pentru captarea [materiei intunecate] este mult mai mare”, au scris ei. „Acest lucru ajuta la detectarea [materiei intunecate], deoarece ratele maxime de captare mai mari inseamna mai multe particule potentiale rezultate din anihilarea [materiei intunecate] la piticele albe.
„Vrim piticile albe din regiunea interioara a Galaxiei Caii Lactee, unde sunt numeroase si unde continutul de MS este inca mare si totusi mult mai bine inteles (adica, densitatea [materiei intunecate] nu este de asteptat sa fie zero in Centru galactic).”
Interactiunile dintre piticele albe si particulele care alcatuiesc materia intunecata sunt teoretizate pentru a avea ca rezultat producerea de fotoni de inalta energie cunoscuti sub numele de raze gamma, care ar putea fi detectati cu ajutorul telescoapelor de pe Pamant.
Deoarece structura si spectrul de emisie al piticelor albe sunt deja bine cunoscute, echipa a emis ipoteza ca orice raze gamma suplimentare care provin de la aceste stele ar putea fi observabile, iar datele utilizate pentru a calcula particulele care le-au generat.
Nicio materie intunecata… inca
Fizicienii au calculat rata la care ar trebui sa fie produse razele gamma daca particulele de materie intunecata ar interactiona cu o pitica alba care locuieste in miezul Caii Lactee si si-au comparat calculele cu datele de la observatorul spatial de raze gamma, Fermi si Telescopul HESS la sol.
Aceasta analiza, din pacate, nu a scos la iveala nicio raza gamma provenita din materia intunecata, dar cercetarile fizicienilor sunt departe de a fi banale. Absenta unui semnal de materie intunecata a ajutat la stabilirea limitelor puterii interactiunilor particulelor sale cu materia obisnuita, care era cu noua ordine de marime mai puternica decat ceea ce fusese stabilit anterior, limitand posibilele modele teoretice ale materiei intunecate si aducandu-ne cu un pas mai aproape de un raspuns.
Echipa crede ca aceasta metoda de studiere a particulelor de materie intunecata folosind pitice albe poate da rezultate in viitor. „In viitor, sensibilitatile pentru cautarile [de materie intunecata] la piticele albe vor fi imbunatatite odata cu progresele in intelegerea continutului [de materie intunecata] atat in galaxia noastra, cat si in grupurile [anumite galaxii]”, au explicat autorii.
„Desi sensibilitatea noastra este puternica pentru o serie de profiluri [materiei intunecate], o intelegere imbunatatita a densitatii [materiei intunecate] din galaxia noastra ar putea reduce incertitudinea [limitelor pe care le-am derivat] cu cateva ordine de marime.
„Este, de asemenea, posibil ca o mai buna intelegere a continutului [de materie intunecata] din [alte galaxii] sa conduca la o sensibilitate imbunatatita atat a incalzirii piticelor albe, cat si a semnalelor cu raze gamma.”
