Da millenni gli esseri umani scrutano il cielo chiedendosi come funzionino le stelle. Eppure, nonostante secoli di osservazioni e studi, l’universo continua a sorprenderci. Una delle teorie più affascinanti riguarda l’esistenza delle nane oscure, oggetti celesti che non seguono le leggi stellari a noi familiari.
Mentre il Sole e le altre stelle brillano grazie alla fusione nucleare, le nane oscure si alimenterebbero di un processo molto più misterioso: l’annichilazione della materia oscura. Questo le renderebbe non solo uniche, ma anche potenzialmente immortali, capaci di brillare per miliardi di miliardi di anni senza mai spegnersi.
Se la loro esistenza venisse confermata, non saremmo di fronte soltanto a un nuovo tipo di stella, ma a un indizio chiave per svelare la natura stessa della materia oscura, una delle più grandi incognite della cosmologia.
Materia oscura: carburante invisibile
La materia oscura costituisce circa il 25% dell’universo, eppure non possiamo né vederla né toccarla. Non emette luce né radiazioni, ma la sua presenza è resa evidente dagli effetti gravitazionali che esercita sulle galassie e sulla struttura su larga scala del cosmo. Senza materia oscura, le galassie si sarebbero disperse nello spazio: essa è la “colla invisibile” che tiene insieme l’universo.
La teoria delle nane oscure suggerisce che questa sostanza invisibile non sia solo un elemento strutturale, ma anche una fonte di energia. Se le particelle di materia oscura si annichilano a vicenda, rilasciano energia sotto forma di calore e radiazione. Questo processo potrebbe alimentare le nane oscure indefinitamente, dando vita a stelle che sfuggono alle regole tradizionali dell’astrofisica.
In altre parole, se la materia oscura è il cemento cosmico che costruisce le galassie, potrebbe anche essere il carburante segreto di un nuovo tipo di stella. Una scoperta del genere aprirebbe una strada rivoluzionaria non solo per la fisica delle stelle, ma per l’intera cosmologia moderna.
Nascita dalle nane brune
Le nane oscure avrebbero origine da nane brune, corpi celesti che si trovano a metà strada tra i pianeti giganti e le stelle. Vengono chiamate “stelle fallite” perché non hanno sufficiente massa per innescare la fusione nucleare che alimenta le stelle vere e proprie. Normalmente, una nana bruna si raffredda lentamente fino a diventare invisibile.
Ma vicino al centro della Via Lattea, dove la densità di materia oscura è altissima, queste “stelle mancate” potrebbero catturare particelle oscure in abbondanza. L’annichilazione di queste particelle impedirebbe alla nana bruna di spegnersi, trasformandola in una nana oscura luminosa e stabile.
In pratica, il destino di una nana bruna dipenderebbe dal luogo in cui nasce: se si trova in una zona povera di materia oscura, svanisce nell’oscurità; se invece nasce in un’area densa come il centro galattico, diventa una stella eterna.
I WIMP: particelle fantasma
Il cuore di questa teoria è legato a un tipo di particelle ipotetiche chiamate WIMP (Weakly Interacting Massive Particles). Queste particelle, se esistono, sarebbero pesanti e quasi invisibili, in grado di attraversare la materia ordinaria senza lasciare traccia. Gli scienziati le considerano tra i candidati principali per spiegare la materia oscura.
I WIMP hanno una caratteristica speciale: quando due di essi si scontrano, possono annichilarsi, trasformando la loro massa in energia. Questo processo sarebbe il “motore” che mantiene accesa una nana oscura. Non servirebbero reazioni nucleari, ma soltanto un continuo flusso di particelle invisibili catturate dalla gravità della stella.
La conferma dell’esistenza delle nane oscure sarebbe quindi anche la prova indiretta dell’esistenza dei WIMP, una delle ipotesi più discusse nella fisica delle particelle.
Il segreto del litio-7
Ma come distinguere una nana oscura da una semplice nana bruna? La risposta potrebbe essere nascosta in un elemento chimico: il litio-7.
Nelle stelle normali, il litio-7 viene rapidamente bruciato dalle reazioni nucleari. Le nane brune, al contrario, possono conservarlo solo per un certo periodo prima di raffreddarsi. Tuttavia, nelle nane oscure, l’annichilazione della materia oscura fornirebbe energia senza intaccare questo isotopo.
Se gli astronomi trovassero un oggetto che somiglia a una nana bruna ma contiene ancora litio-7, sarebbe un indizio fortissimo della presenza di una nana oscura. Questo dettaglio chimico, quasi invisibile, potrebbe essere la chiave per identificare queste stelle eterne.
Alla caccia delle nane oscure con il James Webb
Il James Webb Space Telescope (JWST) potrebbe essere lo strumento decisivo per individuare le prime nane oscure. La sua capacità di osservare nel vicino infrarosso lo rende perfetto per studiare corpi deboli e lontani, come quelli che si celano nel cuore della nostra galassia.
Gli scienziati hanno due strategie principali: osservare direttamente il centro galattico, dove la densità di materia oscura è maggiore, oppure analizzare campioni di nane brune sparse e cercare tra di esse gli indizi della presenza di litio-7.
Secondo la dott.ssa Djuna Croon della Durham University, coautrice dello studio pubblicato sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP), anche trovare un solo esempio confermato di nana oscura sarebbe una scoperta storica. Significherebbe aprire una nuova era nello studio della materia oscura e della fisica fondamentale.
Perché la scoperta delle nane oscure sarebbe una scoperta epocale
Se un giorno gli astronomi confermassero l’esistenza di una nana oscura, le implicazioni sarebbero straordinarie.
- Confermerebbe l’esistenza dei WIMP o di altre particelle oscure.
- Dimostrerebbe che la materia oscura può alimentare vere e proprie stelle.
- Fornirebbe un laboratorio naturale per studiare la fisica delle particelle, senza bisogno di acceleratori terrestri.
Ma soprattutto, darebbe una risposta a una delle domande più profonde della scienza moderna: che cos’è la materia oscura?. La sua scoperta rivoluzionerebbe la nostra comprensione del cosmo e potrebbe persino riscrivere i modelli cosmologici su cui si basano oggi gli scienziati.
Come ha affermato la dott.ssa Croon:
“La scoperta di nane oscure nel centro galattico ci fornirebbe una visione unica della natura particellare della materia oscura.”
Fonte: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics
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