Las estrellas de neutrones podrían ser los mejores detectores de materia oscura disponibles

Las partículas de materia oscura podrían interactuar con los neutrones del núcleo de las estrellas de neutrones. Si es así, esto debería calentar las estrellas, y nuevos cálculos sugieren que esto podría suceder lo suficientemente rápido como para que podamos detectarlo, aunque los autores de la idea reconocen que no será fácil.

Se cree que el universo contiene casi seis veces más materia oscura que la materia bariónica ordinaria que podemos ver. Eso hace que nuestra incapacidad para detectar la materia oscura (aparte de sus efectos gravitacionales), y mucho menos para comprender su naturaleza, sea uno de los mayores problemas de la física. Las afirmaciones de que la materia oscura no existe y que sus efectos aparentes pueden explicarse de otras maneras reciben mucha publicidad, pero no han convencido. muchos físicos.

En cambio, los esfuerzos se han centrado en la construcción de instrumentos cada vez más potentes en la Tierra, pero la profesora Nicole Bell de la Universidad de Melbourne tiene una idea para detectores mucho más potentes aún, aunque mucho más remotos.

Bell es el primer autor de un nuevo estudio que propone que si la materia oscura interactúa con la materia bariónica de otra manera que no sea la gravedad, debería liberarse calor cuando esto ocurra. En la Tierra, y mucho menos en el espacio interestelar, esto sucedería tan raramente que sería excepcionalmente difícil de detectar.

“Si bien la materia oscura es el tipo de materia dominante en el Universo, es muy difícil de detectar porque sus interacciones con la materia ordinaria son muy débiles. De hecho, es tan débil que la materia oscura puede atravesar directamente la Tierra, o incluso el Sol”, dijo Bell en un comunicado. “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 conduciría a una acumulación de materia oscura en la estrella”.

Aunque no conocemos la forma de estas interacciones, los autores esperan que impliquen la liberación de energía, que finalmente se convertirá en calor.

El estudiante de doctorado coautor Michael Virgato añadió: “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 cada vez más energía de la materia oscura hasta que, finalmente, toda la energía se haya depositado en la estrella”.

Estimaciones anteriores habían sugerido que el calor se liberaría tan lentamente que no sería detectable, pero Bell, Virgato y sus coautores creen que este puede no ser el caso. Bell dijo a IFLScience que si bien no sabemos con qué frecuencia ocurrirían estas interacciones: «Si los experimentos en la Tierra [looking for dark matter interactions’ are within shooting distance [of finding something] entonces debería poder observarse un efecto en las estrellas de neutrones”.

Estrellas de neutrones Son inmensamente calientes cuando se forman y se enfrían lentamente. Si se producen interacciones, el enfriamiento debería ser aún más lento y las estrellas nunca deberían enfriarse mucho, especialmente en lugares donde se concentra la materia oscura.

Bell dijo a IFLScience que la teoría podría probarse buscando estrellas de neutrones en lugares donde se cree que se concentra la materia oscura. «Si encontramos una estrella de neutrones realmente fría en un entorno rico en materia oscura, eso nos dice algo», dijo. Si encontramos una estrella de neutrones en tales circunstancias que esté bastante caliente, podría haber múltiples explicaciones, siendo las interacciones de la materia oscura solo una de ellas.

La búsqueda de la materia oscura es una de las mayores historias de detectives de la ciencia.

Profesora Nicole Bell

En consecuencia, la detección de estrellas de neutrones frías inicialmente nos daría más información. «Los resultados nulos acercan las cosas», señaló Bell, y añadió que este es el caso de muchos otros esfuerzos de detección de materia oscura. Sin embargo, si se pudieran descartar explicaciones alternativas para una detección en caliente, es posible que realmente estemos llegando a alguna parte.

Bell añadió que no es una experimentalista y espera que alguien más tome la idea de estudiar las temperaturas de las estrellas de neutrones y la siga. Ella reconoce que encontrar el lugar adecuado para buscar podría plantear un problema adicional. «Nuestro centro galáctico es rico en materia oscura, pero es desordenado», dijo a IFLScience, aumentando el rango de posibles explicaciones para cualquier cosa que podamos encontrar. En consecuencia, el mejor lugar para buscar podría ser relativamente cerca de casa, en busca de estrellas de neutrones antiguas que brillen en el infrarrojo o no.

Probablemente no será fácil encontrarlos, pero como señaló Bell: «La búsqueda de materia oscura es una de las mayores historias de detectives de la ciencia».

El estudio se publica en acceso abierto en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.