Stelle di neutroni per intercettare materia oscura, nuovo studio descrive possibile metodo

Usare le stelle di neutroni come rilevatori di particelle di materia oscura? È l’approccio descritto in un nuovo studio apparso su Physical Review Letters[1] e in un nuovo articolo pubblicato sul sito dell’Università di Melbourne firmato dalla professoressa Nicole Bell.

Intercettazione delle particelle di materia oscura

Per comprendere cosa è davvero la materia oscura bisogna intercettare un’interazione tra le particelle che la compongono e le particelle che compongono la materia normale. Intercettare un fenomeno del genere, soprattutto sulla Terra, è considerato molto difficoltoso. Uno dei metodi che si attuano si basa sull’utilizzo di rilevatori ma purtroppo non esistono rivelatori sufficientemente grandi.

Cosa sono le stelle di neutroni

Le stelle di neutroni sono stelle molto dense che si formano nella fase finale della vita delle stelle giganti dopo che sono esplose (supernovae). Dopo l’esplosione, infatti, lasciano dietro di sé una sorta di residuo, un nucleo collassato in cui la gravità è così forte che protoni ed elettroni al suo interno cominciano a combinarsi formando neutroni. Una stella di neutroni del raggio di 10 km ha una massa comparabile a quella del Sole.

Stelle di neutroni possono “catturare” materia oscura

Secondo i ricercatori che hanno realizzato il nuovo studio, le stelle di neutroni sono così dense che potrebbero “catturare” anche le particelle di materia oscura.
Si pensa che una particella di materia oscura potrebbe attraversare, senza interagire e senza particolari problemi, un muro fatto di piombo spesso un anno luce (all’incirca 10 trilioni di chilometri). Una stella di neutroni, però, è ancora più densa e, secondo i ricercatori, ancora più difficile da superare senza effettuare un’interazione da parte delle particelle di materia oscura.

Nuovi calcoli apportano miglioramenti

Ma come calcolare dalla Terra le interazioni di particelle di materia oscura che attraverso una stella di neutroni interagendo con questi ultimi? È già da diversi anni che gli scienziati stanno tentando di descrivere metodi per riuscirci ma i calcoli effettuati nel nuovo studio, secondo quanto dichiara il comunicato dell’Università di Melbourne, apporta miglioramenti importanti, soprattutto in relazione alla stima della velocità con la quale la materia oscura tende ad accumularsi nelle stelle di neutroni.

Neutroni non più considerati come particelle puntiformi

Come spiega la professoressa Bell, il metodo descritto nello studio considera più correttamente la struttura dei nucleoni (particella del nucleo dell’atomo, un protone o un neutrone) invece che considerare i neutroni come particelle puntiformi nelle stelle di neutroni.
Inoltre i nuovi calcoli considerano anche gli effetti delle forze tra i nucleoni stessi invece di considerare i nucleoni come un gas libero. Vengono inoltre presi in considerazione anche altri fattori tra cui gli effetti relativistici, quelli quantistici nonché la composizione della stella.
Si tratta di un approccio molto diverso da quello utilizzato dai rilevatori di materia oscura “classici” che operano sulla Terra.

Note e approfondimenti

  1. Phys. Rev. Lett. 127, 111803 (2021) – Nucleon Structure and Strong Interactions in Dark Matter Capture in Neutron Stars (IA) (DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.111803)

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