Estrelas de matéria escura podem ser uma realidade, de acordo com físicos

Por , em 9.11.2018

Cientistas russos acabaram de teorizar um dos objetos mais bizarros que podem existir no universo. Eles propuseram a existência de uma espécie de “estrela de matéria negra”, que agiria como um átomo gigante. Estas estrelas negras, segundo eles, podem estar escondidas em todo o universo. Tais objetos poderiam ajudar a explicar a matéria escura, o material que não emite luz e representa 27% da energia e 84% da matéria do universo, e também ser responsáveis pelas rajadas brilhantes e rápidas de ondas de rádio cósmicas que já confundiram astrônomos no passado e até alimentaram teorias de possíveis civilizações alienígenas.

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Mas como objetos como estes poderiam estar escondidos da vista dos cientistas por tanto tempo? Teoricamente, ao contrário das estrelas normais, estas chamadas estrelas de áxions (partícula hipotética que pode formar a matéria escura) não brilham. Teorias diferentes predizem que os áxions têm uma ampla gama de massas, mas, no geral, espera-se que sejam extremamente leves – milhões de vezes mais leves do que os prótons, por exemplo..

A teoria diz que, se existirem, os áxions dificilmente interagem uns com os outros. Porém, se a gravidade conseguisse juntá-los, eles poderiam formar uma esfera densa com propriedades exóticas, diferente de qualquer outro tipo de estrela. Isso porque os axions são bósons, uma classe de partículas que inclui os fótons, que podem estar no mesmo nível de energia simultaneamente, ao contrário de uma classe diferente de partículas chamadas férmions, que incluem os elétrons e prótons.

Partícula gigante

Em uma estrela de áxions, ou em uma estrela de bósons, cada áxion estaria no nível de energia mais baixo, significando que a estrela inteira teria o mesmo comportamento quântico, como se fosse uma única partícula gigante.

Um objeto tão exótico também é conhecido como um condensado de Bose-Einstein, um tipo de matéria que os físicos criam em laboratórios na Terra, resfriando átomos até quase o zero absoluto. No laboratório, esses condensados ​​também podem formar superfluidos, que fluem sem atrito.

Segundo Dmitry Levkov, físico do Instituto de Pesquisas Nucleares da Academia Russa de Ciências e co-autor do estudo, acreditava-se que a gravidade entre os áxions seria muito fraca para que estas partículas se juntassem. Porém, as novas simulações feitas pelos pesquisadores russos sugerem que estrelas axionais poderiam de fato se formar de maneira rápida (considerando o tempo com que as coisas se formam no universo), dependendo da massa do áxion.

Levkov explica, em matéria publicada no site Live Science, que áxions pesados, chamados áxions QCD, poderiam levar 1 bilhão de anos para formar uma estrela. Porém, áxions leves, cerca de 100 quadrilhões de vezes mais leves do que áxions QCD e chamados de “matéria escura difusa” poderiam levar apenas 10 milhões de anos para construir uma estrela de áxions.

As simulações chegaram a mostrar a estrela de áxions se formando. Diferente de simulações anteriores, que começavam com pequenos pedaços de condensados ​​de Bose-Einstein, que então atraíram uns aos outros através da gravidade para formar estrelas de axion, as novas simulações não tinham nada além de um gás de axions, e os pesquisadores descobriram que uma estrela se formava sozinha a partir disso. “Ficamos muito animados quando vimos a estrela de Bose-Einstein”, diz Levkov na matéria do Live Science. Com o tempo, essa estrela hipotética poderia continuar a acumular áxions e crescer.

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“Em nosso trabalho, simulamos o movimento de um gás quântico de partículas de matéria escura que interagem gravitacionalmente com luz. Começamos a partir de um estado virializado com mistura máxima, que é um pouco oposto ao condensado de Bose-Einstein. Após um longo período, 100.000 vezes mais do que o tempo necessário para uma partícula cruzar o volume da simulação, as partículas formaram espontaneamente um condensado, que imediatamente se transformou em uma gota esférica, uma estrela de Bose, sob o efeito da gravidade “, explica Levkov em matéria publicada no site Phys.org.

Levkov e seus colegas concluíram que o condensado de Bose-Einstein pode se formar nos centros de halos de galáxias anãs em um período de tempo menor que o tempo de vida do universo – o que significa que as estrelas de áxions podem existir atualmente.

O Live Science conversou com especialistas que não estiveram envolvidos no estudo para medir a importância da descoberta, e todos afirmaram que este é um passo importante para entendermos a natureza da matéria escura.

“É realmente interessante que apenas a gravidade possa ajudar a formar condensados ​​de Bose-Einstein se for dado tempo suficiente – e que esse tempo é menor que a idade do universo”, afirma Bhupal Dev, físico da Universidade de Washington. “É um bom trabalho. É um importante trampolim para entender a história de tais objetos e, em geral, o áxion da matéria escura”, complementa Sebastian Baum, físico da Universidade de Estocolmo, na Suécia.

Sinais de rádio

As estrelas de áxion também podem produzir sinais detectáveis. Áxions podem decair em fótons, e uma série de reações de partículas de uma estrela de áxions poderia produzir radiação detectável. “Esse efeito é muito pequeno, mas dentro da estrela de Bose, pode ser ressonantemente amplificado, como em um laser, o que pode levar a rajadas de rádio gigantes”, afirmam os pesquisadores.

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Da mesma forma, se uma estrela dessas se chocasse com uma estrela de nêutrons, a colisão poderia gerar explosões poderosas de radiação de radiofrequência – explicando, potencialmente, as misteriosas rajadas de rádio rápidas que têm deixado os astrônomos aqui na Terra perplexos. Nos últimos anos, nossos astrônomos detectaram dezenas de poderosos sinais de rádio cósmico de origem desconhecida, provocando uma infinidade de explicações, incluindo a possibilidade de que os feixes fossem provenientes de civilizações alienígenas.

“O próximo passo óbvio é prever o número de estrelas de Bose no universo e calcular sua massa em modelos com matéria escura leve”, conclui Levkov na matéria do Phys. [Live Science, Phys.org, Daily Mail ]

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