La materia oscura puede detectarse en estrellas de neutrones

La Ciencia puede estar más cerca de desbloquear uno de los grandes misterios del universo tras calcular que las estrellas de neutrones pueden ser la clave para comprender la elusiva materia oscura.

En un artículo publicado en Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, físicos del Centro de Excelencia ARC para Física de Partículas de Materia Oscura, dirigido por la Universidad de Melbourne, calcularon que la energía transferida cuando las partículas de materia oscura chocan y se aniquilan dentro de estrellas de neutrones muertas y frías pueden calentar las estrellas muy rápidamente.

Anteriormente se pensaba que esta transferencia de energía podría tardar mucho tiempo, en algunos casos incluso más que la edad del universo, lo que hacía que este calentamiento fuera irrelevante.

La profesora Nicole Bell de la Universidad de Melbourne dijo en un comunicado que los nuevos cálculos muestran por primera vez que la mayor parte de la energía se depositaría en tan sólo unos días.

"La búsqueda de materia oscura es una de las mayores historias de detectives de la ciencia. La materia oscura constituye el 85 por ciento de la materia de nuestro universo, pero no podemos verla. La materia oscura no interactúa con la luz, no interactúa con la luz. Absorbe la luz, no refleja la luz, no emite luz.

"Esto significa que nuestros telescopios no pueden observarla directamente, aunque sabemos que existe. En cambio, su atracción gravitacional sobre los objetos que podemos ver nos dice que debe estar allí.

"Una cosa es predecir teóricamente la materia oscura, pero otra cosa es observarla experimentalmente. Los experimentos en la Tierra están limitados por los desafíos técnicos que supone fabricar detectores suficientemente grandes. Sin embargo, las estrellas de neutrones actúan como enormes detectores naturales de materia oscura, que tienen Hemos estado recolectando materia oscura durante escalas de tiempo astronómicamente largas, por lo que son un buen lugar para concentrar nuestros esfuerzos", dijo la profesora Bell.

Las estrellas de neutrones se forman cuando una estrella supermasiva se queda sin combustible y colapsa. Tienen una masa similar a la de nuestro sol, formando una bola de sólo 20 kilómetros de ancho. Si fueran más densos, se convertirían en agujeros negros.

"Si bien la materia oscura es el tipo dominante de materia en el universo, es muy difícil de detectar porque sus interacciones con la materia ordinaria son muy débiles. Tan débil, de hecho, que la materia oscura puede atravesar directamente la Tierra, o incluso a través del sol.

"Pero las estrellas de neutrones son diferentes: son tan densas que es mucho más probable que las partículas de materia oscura interactúen con la estrella. Si las partículas de materia oscura chocan con los neutrones de la estrella, perderán energía y quedarán atrapadas. Con el tiempo, esto conducir a una acumulación de materia oscura en la estrella", explicó Bell.

Michael Virgato, candidato al doctorado de la Universidad de Melbourne, dijo que se espera que esto caliente estrellas de neutrones viejas y frías a un nivel que pueda estar al alcance de futuras observaciones, o incluso desencadene el colapso de la estrella en un agujero negro.

"Si la transferencia de energía ocurre lo suficientemente rápido, la estrella de neutrones se calentaría. Para que esto suceda, la materia oscura debe sufrir muchas colisiones en la estrella, transfiriendo más y más energía de la materia oscura hasta que, finalmente, toda la energía se haya agotado", dijo Virgato.

Hasta ahora no se sabía cuánto tiempo tomaría este proceso porque, a medida que la energía de las partículas de materia oscura se hace cada vez más pequeña, es cada vez menos probable que vuelvan a interactuar. Como resultado, se pensaba que transferir toda la energía llevaba mucho tiempo, a veces más que la edad del universo. En cambio, los investigadores calcularon que el 99% de la energía se transfiere en tan solo unos días.

"Esta es una buena noticia porque significa que la materia oscura puede calentar estrellas de neutrones a un nivel que potencialmente puede detectarse. Como resultado, la observación de una estrella de neutrones fría proporcionaría información vital sobre las interacciones entre la materia oscura y la materia regular, arrojando luz sobre la naturaleza de esta elusiva sustancia.

"Si queremos comprender la materia oscura, que está en todas partes, es fundamental que utilicemos todas las técnicas a nuestra disposición para descubrir qué es realmente la materia oculta de nuestro universo", dijo Virgato.