Nane oscure, le hanno chiamate. Nane come le nane brune, le cosiddette “stelle fallite”, troppo piccole per innescare una fusione nucleare, oggetti a metà strada fra un grosso pianeta e una stella vera e propria. E oscure come la materia oscura, l’inafferrabile sostanza di cui si pensa sia fatto il 25 per cento dell’universo. Non sappiamo se esistono, ma se riuscissimo a trovarne una, dice uno studio guidato da Djuna Croon della Durham University e pubblicato oggi su Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, vorrebbe dire che la materia oscura – al contrario di ciò che pare suggerire la tendenza più recente sull’argomento – non è fatta di particelle ultra leggere, come gli assioni o i neutrini sterili, bensì di particelle di grande massa. Particelle come le Wimp, un tempo in auge quali candidate per spiegare la materia oscura ma ultimamente passate un po’ di moda, dopo che gli innumerevoli tentativi di catturarne almeno una sono andati tutti a vuoto.
Rappresentazione artistica di una nana oscura. Crediti: Sissa Medialab / Adobe Illustrator
Dunque può valer la pena cercarle, queste nane oscure – in inglese, dark dwarfs. Partendo dalla regione in cui è più probabile che ce ne siano, ovvero là dove la materia oscura è più densa e abbondante. Nel cuore della Via Lattea, per esempio. È lì, vicino al centro della nostra galassia, che una normale nana bruna, dicono Croon e colleghi, ha più possibilità – a patto che la materia oscura sia fatta di particelle di grande massa – di diventare una nana oscura. A compiere la metamorfosi sarebbero, in particolare, le nane brune in fase di raffreddamento con massa inferiore al 7,5 per cento della massa del Sole.
«Le nane brune», spiega uno dei coautori dello studio, Jeremy Sakstein, della University of Hawaii, «catturano la materia oscura che le aiuta a diventare nane oscure. Più materia oscura c’è in giro, più se ne può catturare. E più materia oscura finisce all’interno della stella, più energia sarà prodotta dalla sua annichilazione».
Già, perché poi se la ricerca vuole avere qualche speranza di successo occorre anzitutto vederle, queste nane oscure. E a tradirne la presenza sarebbe proprio l’energia prodotta dall’interazione della materia oscura con sé stessa. «La materia oscura interagisce gravitazionalmente, quindi potrebbe essere catturata dalle stelle e accumularsi al loro interno. Se ciò accade», dice Sakstein, «potrebbe anche interagire con sé stessa e annichilirsi, rilasciando energia che scalda la stella». Un processo fisico diverso, dunque, da quello che fa brillare una stella normale, una stella come il Sole, la cui luce è emessa principalmente a seguito dei processi di fusione nucleare in corso al suo interno, che generano grandi quantità di calore ed energia.
Ma come distinguere una nana oscura da una normalissima nana bruna? Grazie a una firma particolarissima, un tratto distintivo, una sorta di “sintomo patognomico”: la presenza del litio, e in particolare del litio-7, l’isotopo più diffuso, quello usato anche per le batterie delle auto elettriche e degli smartphone. Il litio-7 brucia molto facilmente, dunque nelle stelle ordinarie – come una nana rossa, ma anche una normale nana bruna – si consuma rapidamente. Non però nelle nane oscure. «Se si riuscisse a trovare un oggetto che potrebbe essere una nana oscura», propone Sakstein, «potremmo quindi cercare la presenza di questo isotopo del litio, che dovrebbe essere assente se fossimo davanti a una nana bruna o a un oggetto simile».
Insomma, se voleste cimentarvi nella caccia alle nane oscure il suggerimento è quello di perlustrare il centro della Via Lattea e di concentrarsi su oggetti molto freddi, simili a nane brune ma con la riga del litio-7 nello spettro. E se ne trovaste una? Avremmo una prova convincente del fatto che la materia oscura è fatta di Wimp, come dicevamo all’inizio?
«Avremmo una prova ragionevolmente forte. Con i candidati di materia oscura più leggeri, come per esempio gli assioni, non credo che si possa ottenere qualcosa come una nana oscura: non si accumulano all’interno delle stelle», spiega Sakstein. «Trovare una nana oscura ci fornirebbe una prova convincente del fatto che la materia oscura è pesante e che interagisce fortemente con sé stessa ma solo debolmente con il Modello standard. Questo include le Wimp, ma anche altri modelli più esotici».
«Osservare una nana oscura non ci direbbe in modo definitivo che la materia oscura è fatta di Wimp», conclude Sakstein, «ma significherebbe che è fatta o di Wimp o di qualcosa che, a tutti gli effetti, si comporta come una Wimp».
Per saperne di più:
- Leggi su Journal of Cosmology and Astroparticle Physics l’articolo “Dark Dwarfs: Dark Matter-Powered Sub-Stellar Objects Awaiting Discovery at the Galactic Center”, di Djuna Croon, Jeremy Sakstein, Juri Smirnov e Jack Streeter