Estrelas de nêutrons podem nos ajudar a entender o que é matéria escura

A matéria escura representa 85% da matéria do nosso universo, mas não podemos vê-la porque ela não interage com a luz: não a absorve, não a reflete e não a emite. Isso significa que nossos telescópios não podem observá-lo diretamente. Portanto, é sua atração gravitacional pelos objetos que podemos ver que nos diz o que é e até onde.

Os experimentos para detectá-lo na Terra são limitados pelas dificuldades técnicas associadas à fabricação de detectores suficientemente grandes. No entanto, estrelas de nêutrons, os enormes detectores de matéria escura da natureza, podem vir em nosso socorro.

Em um estudo recente, físicos do Centro de Excelência ARC para Física de Partículas de Matéria Escura, liderado pela Universidade de Melbourne, calcularam que a energia transferida durante a colisão e aniquilação de partículas de matéria escura dentro de estrelas de nêutrons frias e mortas pode aquecer essas estrelas muito rapidamente.

Anteriormente, pensava-se que essa transferência de energia poderia levar muito tempo, em alguns casos mais do que a idade do próprio universo, tornando esse aquecimento inconsequente. No entanto, novos cálculos mostram pela primeira vez que a maior parte da energia será liberada dentro de alguns dias.

Matéria escura aprisionada por estrelas de nêutrons

As estrelas de nêutrons se formam quando uma estrela supermassiva fica sem combustível em seu núcleo e colapsa sobre si mesma. Normalmente, eles têm uma massa semelhante à do nosso Sol e são comprimidos em uma esfera de apenas 20 km de largura.

Em geral, a matéria escura é muito difícil de detectar porque suas interações com a matéria comum são muito fracas. Tão fraca que a matéria escura poderia passar diretamente pela Terra ou até mesmo pelo Sol. No entanto, este não é o caso das estrelas de nêutrons: elas são tão densas que a probabilidade de partículas de matéria escura interagirem com a estrela é muito maior.

Se as partículas de matéria escura colidem com os nêutrons de uma estrela, elas perdem energia e ficam presas. Se a transferência de energia é rápida o suficiente, e o número de colisões entre matéria escura e gás na estrela é grande o suficiente, mais e mais energia é transferida. Com o tempo, isso levará ao acúmulo de matéria escura na estrela.

De acordo com pesquisadores da Universidade de Melbourne, esse processo deve aquecer estrelas de nêutrons frias a um nível em que possamos observá-las por meio de nossos telescópios. Ou até mesmo a ponto de fazer com que uma estrela colapse em um buraco negro.

Uma estrela de nêutrons solitária observada pelo Telescópio Espacial Hubble.

O prazo é muito menor do que o esperado

E é isso que os cientistas já descobriram. Eles não sabiam quanto tempo esse processo levaria. Afinal, à medida que a energia das partículas de matéria escura se torna cada vez menor, a probabilidade de sua reinteração se torna cada vez menor.

Assim, acreditava-se que a transferência de toda a energia levaria muito tempo, até mais do que a idade do universo. Em vez disso, os pesquisadores estimaram que 99% da energia é transferida em apenas alguns dias.

Essa é uma boa notícia, explicam os cientistas: significa que a matéria escura pode aquecer estrelas de nêutrons a níveis potencialmente discerníveis em uma escala de tempo conveniente para nós. Portanto, a observação de uma estrela de nêutrons fria fornecerá informações importantes sobre a interação entre a matéria comum e a matéria escura, lançando luz sobre a natureza desta última.

O estudo, publicado no Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, pode ser encontrado aqui.