“Tutte le cose belle finiscono”. Questo adagio è vero nel cosmo come sulla Terra. Sappiamo che le stelle, come ogni altra cosa, devono morire. Quando esauriscono la riserva di combustibile necessaria per la fusione nucleare nei loro nuclei, le stelle di tutte le dimensioni collassano sotto la loro stessa gravità, morendo per formare un denso residuo cosmico, come una nana bianca, una stella di neutroni o un buco nero. La nostra stella, il Sole, incontrerà questo destino tra circa 5 miliardi di anni, prima gonfiandosi come una gigante rossa e cancellando i pianeti interni, inclusa la Terra. Dopo circa 1 miliardo di anni, anche questa fase finirà, lasciando il nucleo del Sole come una nana bianca circondata da una nube di ceneri cosmiche sotto forma di materiale stellare in raffreddamento.
Gli scienziati hanno sviluppato il diagramma di Hertzsprung-Russell, un grafico della vita, dell’aldilà e della morte stellare. Questo diagramma traccia le stelle di tutte le masse attraverso la loro evoluzione da stelle di sequenza principale che bruciano idrogeno a densi resti cosmici.
Tuttavia, una nuova ricerca ha rivelato che alcune stelle nel cuore della nostra galassia potrebbero farsi beffa dei nostri migliori modelli di vita e morte stellare. Queste stelle potrebbero nutrirsi di materia oscura, la cosa più misteriosa dell’Universo, per garantirsi effettivamente l’immortalità cosmica, rendendo così necessaria la creazione di un “diagramma oscuro di Hertzsprung-Russell”.
“Il centro galattico della Via Lattea è un ambiente molto estremo e molto diverso dalla nostra posizione nella Via Lattea“, ha detto a Space.com la responsabile del team di ricerca Isabelle John del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology. “Le stelle più vicine al centro galattico, le cosiddette ‘stelle S-cluster’, sono molto enigmatiche. Mostrano una serie di proprietà che non si trovano da nessun’altra parte: non è chiaro come siano arrivate così vicine al centro, dove si pensa che l’ambiente sia piuttosto ostile alla formazione stellare”.
John ha aggiunto che queste stelle S-cluster, che si trovano a circa tre anni luce dal cuore della nostra galassia, sembrano essere anche molto più giovani di quanto ci si aspetterebbe se le stelle fossero migrate in questa regione da altre parti della Via Lattea. “Ancora più misteriosamente, non solo le stelle sembrano insolitamente giovani, ma ci sono meno stelle più vecchie del previsto“, ha continuato. “Inoltre, sembra che ci siano inaspettatamente molte stelle pesanti”.
John e colleghi postulano che una ragione di queste caratteristiche insolite potrebbe essere che queste stelle raccolgono grandi quantità di materia oscura, che poi si annienta al loro interno. Questo processo potrebbe fornire loro una forma di combustibile completamente nuova e inaspettata. “Le nostre simulazioni mostrano che le stelle possono sopravvivere solo con la materia oscura come combustibile, e poiché c’è una quantità estremamente grande di materia oscura vicino al Centro Galattico, queste stelle diventano immortali“, ha aggiunto John. “Questo è piuttosto affascinante perché le nostre simulazioni mostrano risultati simili alle osservazioni delle stelle S-cluster: la materia oscura come combustibile manterrà le stelle giovani per sempre”.
“L’idea di stelle immortali“, ha continuato John, “può spiegare molte delle proprietà insolite delle stelle S-cluster contemporaneamente. Se le stelle al Centro Galattico diventano immortali a causa dell’elevata densità di materia oscura, questo può spiegare l’insolita grande abbondanza di stelle apparentemente giovani al Centro Galattico e contemporaneamente spiegare la mancanza di stelle più vecchie”.
La materia oscura
La materia oscura è un problema per i fisici perché, rappresentando circa l’85% dell’Universo, è invisibile a noi perché non interagisce con la luce. Inoltre, la materia oscura non sembra interagire con la “materia ordinaria”. Questa materia di tutti i giorni è composta da protoni, neutroni ed elettroni e comprende tutte le stelle, i pianeti, le lune, gli asteroidi, le comete, il gas, la polvere e gli esseri viventi nell’Universo.
Gli scienziati possono solo dedurre la presenza di materia oscura perché interagisce con la gravità e questa interazione può influenzare la materia ordinaria e in effetti la luce. Se le interazioni tra materia oscura e materia ordinaria avvengono, tuttavia, queste sono rare e deboli; gli scienziati non credono che non abbiamo mai rilevato tale interazione.
Ciò che è meno certo è se la materia oscura interagisce con se stessa. Per capire cosa significa, bisogna ricordare che le particelle di materia ordinaria hanno tutte una versione di antimateria di se stesse. Ad esempio, esiste un’antiparticella carica positivamente chiamata positrone per un elettrone caricato negativamente. E quando materia e antimateria si incontrano, si annientando a vicenda, rilasciando energia.
“L’annientamento della materia oscura è analogo all’annientamento di materia e antimateria: se una particella e la sua antiparticella si incontrano, vengono distrutte e producono altre particelle, ad esempio fotoni. Allo stesso modo, le particelle di materia oscura potrebbero annientarsi in questo modo“, ha detto John. “In molti modelli di materia oscura, le particelle di materia oscura sono considerate la loro stessa antiparticella, il che significa che due particelle di materia oscura possono annientarsi tra loro”.
Tuttavia, non vediamo l’annientamento della materia oscura, quindi deve essere piuttosto raro. Ciò significa, dice John, che sarebbe più probabile che si verifichi in un ambiente in cui enormi quantità di materia oscura possono essere stipate insieme. Forse la regione ultradensa al centro di una stella è dove la gravità, con cui la materia oscura interagisce, è più forte.
Anche il Sole potrebbe diventare immortale?
Le stelle della sequenza principale bruciano idrogeno nei processi di fusione nucleare durante la loro vita. Ciò crea elio, la maggior parte dell’energia della stella, e la “pressione di radiazione” verso l’esterno che bilancia la spinta verso l’interno delle forze gravitazionali della stella stessa. Questo braccio di ferro cosmico tra pressione di radiazione e gravità dura milioni, o addirittura miliardi, di anni e mantiene queste stelle in un equilibrio stabile.
“Per la maggior parte della vita di una stella, questi processi avvengono principalmente nel nucleo della stella, dove la pressione gravitazionale è più alta“, ha detto John. “Dimostriamo che se le stelle raccolgono una grande quantità di materia oscura, che poi si annienta all’interno della stella, può anche fornire una pressione verso l’esterno, rendendo la stella stabile a causa dell’annientamento della materia oscura piuttosto che della fusione nucleare. Quindi, le stelle possono usare la materia oscura come combustibile al posto dell’idrogeno. Le stelle consumano il loro idrogeno, che alla fine le farà morire. D’altro canto, la materia oscura può essere raccolta ininterrottamente, il che rende queste stelle immortali”.
Quindi, il Sole potrebbe garantirsi l’immortalità passando a questa fonte di combustibile alternativa? John pensa di no. Situato a metà di uno dei bracci a spirale della Via Lattea, è semplicemente nel punto sbagliato della nostra galassia per accedere a questa oscura fonte di giovinezza. “Le stelle hanno bisogno di grandi quantità di materia oscura per sostituire in modo efficiente la fusione. Nella maggior parte della Via Lattea, la densità della materia oscura non è abbastanza alta da influenzare significativamente le stelle. Ma al Centro Galattico, la densità della materia oscura è molto alta, potenzialmente molti miliardi di volte superiore a quella della Terra, il che fornisce la quantità di materia oscura necessaria a rendere le stelle immortali”, ha spiegato John. “Quindi, il nostro Sole non è immortale“.
Nuovi segreti sulla materia oscura
John ha aggiunto che le scoperte del team indicano potenzialmente molti segreti sulla materia oscura stessa e sulle stelle immortali che potrebbe alimentare. “Le nostre scoperte ci dicono che la materia oscura può disperdersi con particelle ordinarie, il che è necessario per rallentare le particelle di materia oscura all’interno della stella per catturarle. Inoltre, [ci dicono che] che le particelle di materia oscura possono annientarsi tra loro”, ha detto. “Osservando la distribuzione delle stelle immortali attorno al Centro Galattico, otterremmo anche alcune informazioni sulla distribuzione e la densità della materia oscura attorno al Centro Galattico”.
John ha spiegato che, per verificare queste scoperte, gli astronomi hanno bisogno di osservazioni più precise delle stelle più interne della Via Lattea per determinare se queste stelle si trovano in una “sequenza principale oscura”, il che potrebbe suggerire la loro immortalità.
I ricercatori intendono anche determinare l’effetto dell’annientamento della materia oscura su diverse stelle. Le simulazioni iniziali indicano che le stelle più leggere diventerebbero “gonfie” e perderebbero i loro strati esterni quando passano a questo combustibile oscuro. Ciò potrebbe spiegare la natura dei cosiddetti “oggetti G” trovati al Centro Galattico, che sono corpi stellari che sembrano essere circondati da nubi di gas.
“Finora, il nostro lavoro si è concentrato sulle stelle della sequenza principale. Vogliamo capire anche come la materia oscura influisce sulle stelle nelle fasi evolutive successive quando si sono allontanate dalla sequenza principale e subiscono diversi processi di fusione nucleare”, ha affermato John. “I nostri risultati sono entusiasmanti perché dimostrano che le osservazioni stellari offrono un modo aggiuntivo e unico di studiare e comprendere le interazioni della materia oscura con la materia ordinaria”.
Una versione pre-peer-reviewed della ricerca è disponibile su arXiv.
