O echipă de astrofizicieni a descoperit o nouă clasă potențială de stele care ar putea exista la un an lumină distanță de centrul Căii Lactee și care ar putea funcționa conform unui mecanism neobișnuit: anihilarea materiei întunecate. Acest proces ar produce o presiune în interiorul stelelor, alta decât cea generată fuziunea hidrogenului, împiedicându-le să se prăbușească gravitațional – făcându-le în esență nemuritoare, tinerețea lor fiind reîmprospătată în mod constant. Concluziile sunt publicate pe serverul de preprinturi arXiv.
Observarea Centrului nostru Galactic, în jurul căruia se rotesc stelele galaxiei, este destul de dificilă, deoarece regiunea este extrem de strălucitoare. O gaură neagră supermasivă, Sagittarius A*, se află în centru, cu o masă de patru milioane de ori mai mare decât cea a soarelui. Este o sursă strălucitoare de unde radio și a fost fotografiată în 2022. Stelele din apropierea Sgr A* o orbitează cu viteze de câteva mii de kilometri pe secundă (comparativ cu viteza orbitală a Soarelui de 240 km/s).
Aceste stele interioare apropiate, numite stele S-cluster, sunt foarte enigmatice, cu proprietăți diferite de oricare altele din Calea Lactee. Originea lor este necunoscută, deoarece mediul aflat la aproximativ trei ani lumină de centrul galaxiei este considerat a fi ostil formării stelelor. Ele par să fie mult mai tinere decât s-ar fi așteptat dacă ar fi fost poziționate departe de centrul galactic. Cel mai misterios dintre toate, ele neobișnuit de tinere și, de asemenea, în mod neașteptat, multe dintre ele sunt extrem de masive.
Stelele sunt cuptoare nucleare, care generează căldură prin ”arderea” hidrogenului prin fuziune nucleară. Radiația termică din această reacție, precum și convecția termodinamică a plasmei stelare, exercită o forță asupra constituenților unei stele – în principal hidrogen și heliu. Această forță este echilibrată de forța interioară a gravitației.
Diagrama Hertzsprung-Russell (HR) clasifică stelele prin reprezentarea grafică a luminozității lor în funcție de temperatura suprafeței lor. Excluzând piticele albe și gigantele roșii, „secvența principală” a acestei diagrame se curbează din stânga sus la dreapta jos, iar majoritatea stelelor se află pe această curbă. (Soarele cade aproape de mijloc, deoarece luminozitățile stelelor sunt reprezentate ca raport cu cea a soarelui). Stelele din diferite locații ale secvenței corespund stelelor de diferite mase și vârste.
Materia întunecată există în galaxia noastră. Prezența sa a fost dedusă din observații prin care se remarcă existența unei cantități insuficiente de materie obișnuită pentru a explica vitezele de rotație mai mari decât cele așteptate ale stelelor din jurul Centrului Galactic. Densitatea materiei întunecate este cea mai mare în apropierea centrului și scade odată cu distanța de la aceasta. Este rezonabil să ne așteptăm să fie încorporat în stelele din apropierea centrului, unde materia întunecată este cea mai densă. Dacă da, anihilarea materiei întunecate – particule de materie întunecată și antiparticule care se ciocnesc și produc fotoni, electroni etc. – ar exercita o presiune suplimentară spre exterior în interiorul unei stele și ar putea chiar domina fuziunea nucleară.
O echipă de cercetători de la Universitatea Stockholm și Universitatea Stanford a descoperit că încorporarea materiei întunecate în dinamica stelelor apropiate de centrul galactic – cele aflate la aproximativ o treime dintr-un an-lumină de centru (echivalentul a aproximativ 8% din distanța până la cea mai apropiată stea a Soarelui) — rezolvă multe dintre paradoxurile cunoscute. Pentru a încorpora anihilarea materiei întunecate, grupul a folosit parametrii standard de formare a stelelor pe parcursul evoluției Căii Lactee, și particulele de materie întunecată doar puțin mai masive decât protonul. Folosind un model computerizat de evoluție stelară, ei au presupus că stelele migrează pe secvența principală către Centrul Galactic, apoi au început să injecteze energie materiei întunecate în compoziția unei stele. Steaua a evoluat apoi până a ajuns la ramura gigantelor roșii de pe diagrama HR, sau până când a atins vârsta de 10 miliarde de ani, durata de viață a Căii Lactee.
Ei au calculat populații stelare cu și fără prezența materiei întunecate. Cu materia întunecată, stelele mai masive au experimentat o densitate mai mică a materiei întunecate, iar hidrogenul din miezul lor a fuzionat mai lent și evoluția lor a fost încetinită. Dar stelele dintr-o regiune cu densitate mai mare a materiei întunecate au fost modificate în mod semnificativ – au menținut echilibrul prin arderea materiei întunecate cu mai puțină fuziune sau fără fuziune, ceea ce a condus la o nouă populație stelară într-o regiune HR deasupra secvenței principale.
„Simulările noastre arată că stelele pot supraviețui numai dacă folosesc materia întunecată drept combustibil”, a spus coautorea Isabelle John de la Universitatea din Stockholm, „și pentru că există o cantitate extrem de mare de materie întunecată în apropierea Centrului Galactic, aceste stele devin nemuritoare”, rămânând pentru totdeauna tinere, ocupând un nou loc, o regiune distinctă, observabilă, a diagramei HR.
Modelul lor de materie întunecată ar putea fi capabil să explice mai multe dintre misterele cunoscute. „Pentru stelele mai ușoare, vedem în simulările noastre că devin foarte umflate și ar putea chiar să piardă părți din straturile lor exterioare”, a mai spus John. Ea a remarcat că „ceva similar cu acesta ar putea fi observat la Centrul Galactic: așa-numitele obiecte G, care ar putea fi asemănătoare stelelor, dar cu un nor de gaz în jurul lor”. Există un număr limitat de stele individuale despre care se știe că există atât de aproape de Centrul Galactic, deoarece regiunea este extrem de strălucitoare. Viitoarele telescoape, cu oglinzi de 30 de metri vor putea vedea mult mai bine obiectele din regiune, ceea ce va permite oamenilor de știință să înțeleagă mai bine populația stelelor sale și să verifice sau să excludă secvența principală întunecată.
