Un grupo de investigadores plantea que, en el interior de las estrellas de neutrones, podría producirse la aniquilación de partículas de materia oscura al colisionar entre sí. Algo que se podría detectar porque afectaría al aspecto de este cadáver estelar, producto de algunas estrellas masivas…
La aniquilación de materia oscura es solo una posibilidad
La materia oscura sigue siendo una de las grandes desconocidas de la física moderna. Lo único que se sabe, en realidad, es que solo interactúa por medio de la gravedad. Sin embargo, a nivel teórico, hay diferentes modelos que plantean escenarios en los que la materia oscura cuenta con otras propiedades. De esta manera, nos encontramos con modelos donde se sugiere que la materia oscura podría colisionar entre sí, apilarse e incluso degradarse, convirtiéndose en partículas que sí podemos ver. Estas suposiciones tendrían consecuencias tangibles.
Porque, de ser así, aquellos objetos que tengan un gran campo gravitacional, como las enanas blancas (el cadáver de estrellas como el Sol), las estrellas de neutrones, los agujeros negros, podrían capturar y concentrar materia oscura en su interior. Esto es lo que sugiere un estudio, que se centra específicamente en la interacción entre la materia oscura y las estrellas de neutrones. Estas estrellas son el cadáver de astros más masivos que el Sol, pero no tan masivos como para terminar su vida en forma de agujeros negros, y están entre los objetos más extremos del cosmos.
Las estrellas de neutrones, de hecho, están compuestas de la materia más densa que podemos encontrar. Sus campos gravitacionales son descomunales y pueden atrapar la materia oscura en su interior. Además, a diferencia de los agujeros negros, la radiación que pudiese emitir esa aniquilación de materia oscura sí puede abandonar el entorno de la estrella. No queda atrapada tras un horizonte de sucesos que nos impida ver qué sucede más allá. Por ello, las estrellas de neutrones son un objeto perfecto para el estudio de la materia oscura.
La temperatura de las estrellas de neutrones
En este estudio, los investigadores han intentado determinar cuánta materia oscura podría quedar atrapada en una estrella de neutrones. Después, han estudiado de qué manera el degradado de esas partículas afectaría a la temperatura del astro. Los detalles, en realidad, dependen del modelo de materia oscura que se utilice (cada modelo plantea algo diferente). Los investigadores no se han fijado en modelos específicos. En su lugar, lo que han intentado es fijarse en las propiedades más generales y determinar qué sucedería.
Concretamente, han puesto su atención en de qué manera podrían interactuar las partículas de materia oscura y los bariones (es decir, los protones y neutrones). Así como si este mecanismo pudiera provocar que la materia oscura quedase atrapada. Lo más interesante es que, ciertamente, para las posibles interacciones que se plantean entre la materia oscura y los bariones, cabe la posibilidad de que la estrella de neutrones atrape materia oscura. Por lo que el siguiente paso fue estudiar cómo sucedería la termalización.
Dicho de otra manera, al ser capturada, debería liberar energía calorífica en la estrella de neutrones. Lo haría por medio de colisiones y por la aniquilación de la materia oscura en sí misma. Con el paso del tiempo, ambos componentes (la materia oscura y la estrella de neutrones) deberían alcanzar el equilibrio térmico. Esto sucederá a diferentes ritmos, dependiendo de la intensidad con la que las partículas interactúen. Así, los investigadores han determinado que el equilibrio térmico se alcanza relativamente rápido (en la escala astronómica).
El efecto de la aniquilación de la materia oscura no duraría mucho
En algunos modelos de materia oscura, el equilibrio se alcanzaría en unos 10 000 años. Apenas un suspiro en la escala astronómica. En otros (modelos escalares y vectoriales, para los curiosos) el equilibrio puede suceder en apenas un año. Es decir, sería todavía más breve. Por lo que, en el fondo, no importa qué modelo se plantee. El escenario parece bastante claro. El equilibrio térmico se alcanzaría muy rápido desde la perspectiva cósmica. Lo importante, sin embargo, es que esto plantea algo que se puede analizar.
La materia oscura, si el modelo es correcto, podría desempeñar un papel en la evolución de las estrellas de neutrones. Por ejemplo, se podría identificar la presencia de materia oscura al analizar estrellas de neutrones y encontrar aquellas que sean más cálidas de lo que deberían. O quizá, se podría llegar a distinguir diferentes modelos de materia oscura en función del espectro de luz de las estrellas de neutrones. Lo interesante, en este caso, es que se sugiere la posibilidad de utilizar un objeto que es relativamente conocido.
No podemos perder de vista, en cualquier caso, el hecho de que la materia oscura sigue siendo una gran desconocida. De momento no se ha logrado encontrar qué partícula podría ser la responsable. Los intentos de detectar partículas como los axiones no han dado resultados satisfactorios. Tarde o temprano, sin embargo, se terminará alcanzando una conclusión robusta en una dirección u otra. O bien se logra detectar la presencia de materia oscura, o se siguen descartando modelos que plantean que esas partículas deberían ser de una u otra manera…
Estudio
El estudio es N. Bell, G. Busoni, S. Robles y M. Virgato; «Thermalization and Annihilation of Dark Matter in Neutron Stars». Está disponible para su consulta en arXiv, en este enlace.
Referencias: Universe Today
