Las estrellas de neutrones demuestran ser una herramienta crucial en la búsqueda de desentrañar la materia oscura

Las estrellas de neutrones demuestran ser una herramienta crucial en la búsqueda de desentrañar la materia oscura

por Simon Mansfield

Melbourne, Australia (SPX) 8 de abril de 2024

En un nuevo estudio, los científicos del Centro de Excelencia ARC para Física de Partículas de Materia Oscura de la Universidad de Melbourne han logrado avances significativos en la comprensión de la materia oscura mediante el estudio de estrellas de neutrones, lo que podría desbloquear nuevos métodos para detectar este componente esquivo de nuestro universo.

Descubrimientos recientes, detallados en The Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, sugieren que cuando las partículas de materia oscura chocan y se aniquilan entre sí dentro de los densos núcleos de estrellas de neutrones frías e inactivas, pueden liberar suficiente energía para calentar rápidamente esas estrellas. Contrariamente a las creencias anteriores de que tales procesos podrían extenderse más allá de la vida del universo, esta deposición de energía parece ocurrir ahora en cuestión de días.

La profesora Nicole Bell, investigadora principal del proyecto, destacó la importancia de este descubrimiento. «La materia oscura constituye aproximadamente el 85% de la materia del universo, pero permanece invisible porque no interactúa con la luz. Tradicionalmente, su presencia se infiere a través de efectos gravitacionales sobre los cuerpos celestes visibles. Las estrellas de neutrones, con sus intensos campos de fuerzas gravitacionales , proporcionan un laboratorio natural al capturar y acumular materia oscura en escalas de tiempo astronómicas, lo que los convierte en excelentes candidatos para la investigación de la materia oscura», explicó el profesor Bell.

Las estrellas de neutrones surgen del colapso gravitacional de estrellas supermasivas y se caracterizan por su extrema densidad, con masas comparables a la del Sol, pero confinadas en una esfera de apenas 20 kilómetros de diámetro. Este límite de densidad es ligeramente inferior al necesario para formar agujeros negros, lo que convierte a las estrellas de neutrones en los objetos más densos del universo que podemos observar directamente.

Michael Virgato, candidato a doctorado en la Universidad de Melbourne, analizó las implicaciones prácticas de estos hallazgos. «A medida que las partículas de materia oscura se acumulan dentro de una estrella de neutrones, pierden energía a través de colisiones con neutrones, quedando atrapadas. Este proceso calienta la estrella de neutrones, potencialmente a temperaturas observables con tecnología astronómica futura. Si la transferencia de energía es lo suficientemente rápida, podría incluso catalizar el colapso de la estrella de neutrones en un agujero negro», señaló.

Este posible mecanismo de calentamiento y colapso proporciona un nuevo método para detectar indirectamente la materia oscura. La observación de estos cambios térmicos en las estrellas de neutrones podría revelar nueva información sobre las interacciones entre la materia oscura y la materia ordinaria. Estas observaciones podrían ser cruciales para construir un modelo más completo de los componentes fundamentales del universo.

La investigación destaca la sinergia entre las predicciones teóricas y las observaciones experimentales para avanzar en nuestra comprensión de la materia oscura. Aunque los experimentos terrestres siguen enfrentando desafíos debido a las limitaciones técnicas que implica construir detectores suficientemente grandes, los cuerpos celestes como las estrellas de neutrones ofrecen una alternativa prometedora para estudiar la materia oscura en entornos naturales.

«Este descubrimiento muestra que la materia oscura puede influir en los fenómenos observables de maneras que podemos detectar y medir», dijo Virgato. «Al estudiar las estrellas de neutrones, no sólo descubrimos los misterios de estos fascinantes objetos, sino que también los utilizamos como herramientas para investigar la naturaleza mucho más esquiva de la materia oscura».

A medida que la comunidad científica continúe explorando estos fenómenos, los conocimientos obtenidos de las estrellas de neutrones probablemente desempeñarán un papel importante en la configuración de nuestra comprensión del cosmos. La detección de materia oscura a través de medios tan indirectos podría responder a algunas de las preguntas más urgentes de la astrofísica y la cosmología.

Informe de investigación:Termalización y aniquilación de la materia oscura en estrellas de neutrones.

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