Bosenova: una supernova invisibile per il rilevamento della materia oscura

Dopo decenni di ricerche nell’universo, la materia oscura rimane uno dei maggiori misteri. Questa misteriosa sostanza costituisce oltre l’85% della massa di quasi tutte le galassie. Sebbene la sua esistenza sia supportata da molte prove, la sua esatta natura rimane un mistero. In questo senso, un recente studio fa luce sulla possibile esistenza di stelle bosoni, composte interamente da questa materia sfuggente. Queste stelle possono, quando terminano il loro ciclo di vita, dare vita a bosenova, emettendo getti di materia oscura. È l’equivalente invisibile di una supernova. Questa ricerca, dell’Università del Delaware, introducendo il concetto di Bosnova, apre nuovi orizzonti nella comprensione della materia oscura e potrebbe ridefinire la nostra visione dell’universo e delle sue dinamiche nascoste. Il lavoro di squadra è disponibile sulla piattaforma di prestampa arXiv.

Boson Stars: Chiavi per l’Universo

Le stelle bosoni sono oggetti teorici che non sono stati ancora osservati direttamente. È stato suggerito da alcuni modelli cosmologici e consisterebbe di materia oscura. Questa materia, sebbene invisibile, esercita una forza gravitazionale. Pertanto, svolge un ruolo cruciale nella struttura e nella dinamica dell’universo.

Una caratteristica interessante delle stelle bosone è il modo in cui mantengono l’equilibrio tra due forze opposte. Da un lato c’è la gravità, che è una forza universale che tiene insieme tutte le cose. Nel corso delle stelle, la gravità cerca di comprimere la materia e spingere le particelle l’una contro l’altra. Se questa forza non viene contrastata, la stella collasserà su se stessa.

D’altra parte, c’è l’energia intrinseca della materia oscura. Questa energia resiste alla pressione gravitazionale, agendo come una forza repulsiva che impedisce alla stella di collassare. Questa tensione tra la gravità e l’energia della materia oscura consente alla stella bosonica di mantenere la sua struttura.

Nel tempo, come qualsiasi oggetto nell’universo, è probabile che le stelle dei bosoni interagiscano con il loro ambiente. Possono catturare la materia oscura in transito, aumentandone la massa. Inoltre, se due stelle di bosoni si avvicinano abbastanza, possono fondersi per formare una stella più massiccia. Questa fusione, simile alle stelle normali, coinvolge la materia oscura invece della materia normale.

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Bosenovas, i collassi invisibili di una stella bosonica

Accumulando massa, le stelle bosone possono raggiungere una soglia o un punto critico. Quando l’equilibrio tra la gravità e l’energia della materia oscura viene sconvolto, queste stelle iniziano a collassare su se stesse.

Questo tracollo non è silenzioso, almeno non in termini di energia. Provoca il rilascio di un’enorme quantità di energia. Questa energia viene emessa sotto forma di particelle ad alta energia. L’esplosione di una stella bosone è chiamata “posnova”.

C’è una grande differenza tra l’esplosione di un bosone stellare e una supernova convenzionale. La supernova emette luce intensa, luce visibile a distanza di anni. Posnova è completamente invisibile ai nostri strumenti tradizionali. Il motivo è che l’energia rilasciata proviene dalla materia oscura. Non interagisce con la luce come fa la materia ordinaria.

Questa teoria postula quindi che questi bozinova potrebbero accadere molto più vicino a noi di quanto pensiamo. Questo è il motivo per cui lo studio dell’Università del Delaware esplora l’individuazione di queste eruzioni invisibili, che rappresenta un’enorme sfida scientifica.

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Rilevamento accurato della materia oscura

Gli autori dello studio hanno escogitato un modo ingegnoso per affrontare questa sfida. Per rilevare le supernove classiche, gli scienziati cercano segnali luminosi. Qui propongono di utilizzare rivelatori appositamente progettati per rilevare le cosiddette particelle di materia oscura “molto leggere”.

L’idea alla base di questo è che quando si verifica una bosenova, rilascia una grande quantità di materia oscura. Queste emissioni di particelle sono chiamate “boom”. È direzionale, nel senso che si muove in un percorso esatto dalla sua fonte. Pertanto, i rilevatori posizionati strategicamente possono rilevare un’ondata improvvisa di particelle di materia oscura provenienti da una particolare direzione. Questo potrebbe indicare la presenza di Bosnia in questa direzione.

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Quali strumenti vengono utilizzati per rilevare Pocenova?

È necessario disporre di sofisticati strumenti di misura per rilevare queste mutazioni nella materia oscura emanata dalla bosinova. Gli orologi nucleari sono molto più precisi degli orologi atomici convenzionali. Possono misurare sottili differenze nel flusso del tempo. Questa maggiore sensibilità potrebbe consentire di identificare i disturbi causati da mutazioni.

Inoltre, gli interferometri spaziali misurano molto accuratamente le differenze di distanza tra due punti nello spazio. Posizionandoli nello spazio, lontano dai disturbi terrestri, possono rilevare sottili differenze causate da fenomeni cosmici. Se una bosnova provoca increspature o perturbazioni nello spazio-tempo, un interferometro spazio-temporale può registrarle.

Usando queste tecniche combinate, i ricercatori possono rilevare le bosenova. Riceveranno anche informazioni di base sulla sua natura, frequenza e impatto sull’universo. Questo sforzo potrebbe aprire nuove strade di ricerca in astrofisica e cosmologia. Pertanto, arricchirà la comprensione dell’universo in cui viviamo.

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Fonte: J. Arakawa et al.”Rilevazione di Bosenovae mediante sensori quantistici sulla Terra e nello spazioarXiv, 2023