Las estrellas de neutrones son laboratorios cósmicos de materia oscura

Las estrellas de neutrones son laboratorios cósmicos de materia oscura
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Un equipo de investigadores de la Universidad de Melbourne, en Australia, sugiere en un reciente estudio publicado en la revista Physical Review Letters que las estrellas de neutrones podrían ser utilizadas como laboratorios cósmicos de materia oscura: permitirían comprender en profundidad cómo se comporta este extraño tipo de materia, una sustancia invisible que se estima corresponde aproximadamente al 80% de la materia del universo.

Según una nota de prensa, el grupo de científicos dirigido por la profesora Nicole Bell cree que ese gran detector que busca diseñar la ciencia para resolver el misterio sobre la materia oscura puede encontrarse en el propio cosmos: al ser increíblemente densas, las estrellas de neutrones serían capaces de «atrapar» materia oscura en su interior. Solamente necesitaríamos contar con los instrumentos y herramientas necesarias para observar el lugar donde se acumularía.

Escondida en el núcleo de las estrellas de neutrones

Mientras la materia oscura puede atravesar alrededor de 10 billones de kilómetros de plomo sin ser detenida, las estrellas de neutrones son tan densas que pueden atrapar todas las partículas de materia oscura que las atraviesan. Con el tiempo, las partículas de materia oscura se concentrarían en el núcleo de la estrella. Se espera que esto caliente las estrellas de neutrones viejas y frías a un nivel que puede estar al alcance de futuras observaciones.

Por el momento, la materia oscura solamente ha podido ser inferida, pero no observarla directamente. Realizar experimentos en la Tierra para detectar partículas de materia oscura es un desafío atractivo, teniendo en cuenta que las interacciones con la materia convencional pueden generar efectos tan extraños como sorprendentes. Sin embargo, para lograrlo se necesitarían estructuras tan enormes que su concreción es prácticamente inviable.

¿Cómo solucionar el problema? Al parecer, una vez más la respuesta estaría en la naturaleza, específicamente en las estrellas de neutrones. Se las conoce como las estrellas más densas entre todas las variedades identificadas hasta el momento: se forman luego del colapso de estrellas gigantes, que mueren y generan explosiones de supernovas. El núcleo colapsado presenta extremas condiciones de gravedad, que presiona a la materia hasta un nivel en el cual los protones y electrones se fusionan para formar neutrones.

Una densidad extrema

Las estrellas de neutrones presentan una masa comparable a la de nuestro Sol, pero comprimida en un radio de tan solo 10 kilómetros. De esta forma, los científicos explican que si extrajéramos solamente una pequeña porción del material que compone estas estrellas con una cuchara de café, estaríamos manipulando una masa de aproximadamente mil millones de toneladas. Esto equivaldría al peso conjunto de casi 143 millones de elefantes africanos.

De acuerdo a las teorías existentes, las partículas de materia oscura deberían colisionar con los neutrones de la estrella, disminuyendo su energía. Al quedar atrapadas en una especie de «trampa gravitacional«, podríamos estudiarlas sin necesitar reproducir esas condiciones únicas en un laboratorio terrestre, algo casi imposible.

Tema relacionado: Una partícula de materia oscura estaría escondida en los rayos X de las estrellas de neutrones.

Hacia el interior de las estrellas de neutrones

Sin embargo, en este caso el desafío a superar es lograr entender con exactitud las características del entorno que rodea a estas reacciones en las mismas estrellas de neutrones: esa sería la única forma de poder medir con precisión los fenómenos y «capturar» las partículas de materia oscura.

En otras palabras, el nuevo estudio busca aportar herramientas para comprender correctamente las colisiones de materia oscura en el entorno extremo que ofrecen las estrellas de neutrones. De lograrlo, los científicos habrán dado un gran paso para determinar la fuerza de las interacciones de la materia oscura con la materia convencional.

Referencia

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Nucleon Structure and Strong Interactions in Dark Matter Capture in Neutron Stars. Nicole F. Bell, Giorgio Busoni, Theo F. Motta, Sandra Robles, Anthony W. Thomas and Michael Virgato. Physical Review Letters (2021).DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.111803

Foto: las estrellas de neutrones son lo suficientemente densas como para capturar la materia oscura. Crédito: NASA.