doi.org/10.48550/arXiv.2405.12267
Credibilidade: 888
#Matéria Escura
Estrelas próximas ao centro da nossa galáxia estão agindo de forma estranha. A matéria escura pode ser a explicação.
Uma equipe de detetives científicos (por assim dizer) descobriu uma nova classe potencial de estrelas que poderia existir a um ano-luz do centro da Via Láctea e que poderia estar operando de acordo com um mecanismo incomum: a aniquilação de matéria escura.
Este processo produziria uma pressão externa sobre as estrelas diferente da fusão do hidrogénio, impedindo-as de entrar em colapso gravitacional – e tornando-as essencialmente imortais, sendo a sua juventude constantemente renovada.
As descobertas são publicadas no servidor de pré-impressão arXiv.
Coletivamente, as estrelas movidas a matéria escura habitariam uma nova região de um diagrama há muito estabelecido que classifica as estrelas pela sua temperatura e luminosidade, colocando-as longe da chamada sequência principal, onde existe a grande maioria das estrelas.
Observar o nosso Centro Galáctico, em torno do qual giram as estrelas da galáxia, é bastante difícil, pois a região é extremamente brilhante.
Um buraco negro supermassivo, Sagitário A*, fica no centro, com uma massa quatro milhões de vezes a do Sol.
É uma fonte brilhante de ondas de rádio e foi fotografada em 2022.
Estrelas perto de Sgr A* orbitam-no a velocidades de vários milhares de quilômetros por segundo (em comparação com a velocidade orbital do Sol de 240 km/s).
Estas estrelas internas próximas, chamadas estrelas do aglomerado S, são muito intrigantes, com propriedades diferentes de quaisquer outras na Via Láctea.
A sua proveniência é desconhecida, uma vez que o ambiente a cerca de três anos-luz do centro é considerado hostil à formação de estrelas.
Eles parecem ser muito mais jovens do que seria de esperar se tivessem se mudado de algum outro lugar para dentro.
O mais misterioso de tudo é que parecem invulgarmente jovens, com menos estrelas mais velhas na vizinhança do que o esperado e, também inesperadamente, parecem haver muitas estrelas pesadas.
As estrelas são fornos nucleares, gerando calor queimando hidrogênio por meio da fusão nuclear.
A radiação térmica desta reação, bem como a convecção termodinâmica do plasma estelar, exerce uma força externa sobre os constituintes de uma estrela – principalmente hidrogênio e hélio.
Essa força é equilibrada pela força interna da autogravidade.
O diagrama Hertzsprung-Russell (HR) classifica as estrelas traçando sua luminosidade em relação à temperatura efetiva de sua superfície.
Excluindo anãs brancas e gigantes vermelhas, a “sequência principal” deste diagrama curva-se do canto superior esquerdo para o canto inferior direito, e a maioria das estrelas cai nesta curva. (O sol cai perto do meio, pois suas luminosidades são plotadas como sua proporção com a do sol).
Estrelas em diferentes locais da sequência correspondem a estrelas de diferentes massas e idades.
No entanto, a matéria escura também existe na galáxia.
A sua presença foi inferida por observações que encontraram matéria comum insuficiente para explicar as velocidades de rotação superiores às esperadas das estrelas em torno do Centro Galáctico.
A densidade da matéria escura é mais alta perto do centro e diminui com a distância dele.
É razoável esperar que ela seja incorporada em estrelas próximas ao centro, onde a matéria escura é mais densa.
Se assim for, a aniquilação da matéria escura – partículas e antipartículas de matéria escura que colidem e produzem fótons, elétrons, etc. – exerceria uma pressão externa adicional dentro de uma estrela e poderia até dominar a fusão nuclear.
Uma equipe de investigação de Estocolmo e Stanford descobriu que a incorporação do poder da matéria escura na dinâmica das estrelas mais internas – aquelas situadas a cerca de um terço de um ano-luz do centro (equivalente a cerca de 8% da distância da estrela mais próxima do Sol) “resolve muitos dos paradoxos conhecidos.
Para incorporar a aniquilação da matéria escura, o grupo utilizou parâmetros de formação estelar relativamente padronizados ao longo do curso evolutivo da Via Láctea, e partículas de matéria escura apenas ligeiramente mais massivas que o protão.
Usando um modelo computacional de evolução estelar, eles presumiram que as estrelas migram na sequência principal em direção ao Centro Galáctico e então começaram a injetar energia de matéria escura na composição de uma estrela.
A estrela evoluiu então até atingir o ramo gigante vermelho no diagrama HR, ou até atingir a idade de 10 bilhões de anos, o tempo de vida da Via Láctea.
Eles calcularam populações estelares sem e com presença de matéria escura.
Com a matéria escura, as estrelas mais massivas experimentaram uma densidade de matéria escura mais baixa e o hidrogénio no seu núcleo fundiu-se mais lentamente e a sua evolução foi mais lenta.
Mas as estrelas numa região de maior densidade de matéria escura foram alteradas significativamente – mantiveram o equilíbrio através da queima de matéria escura com menos ou nenhuma fusão, o que levou a uma nova população estelar numa região HR acima da sequência principal.
“As nossas simulações mostram que as estrelas podem sobreviver apenas com matéria escura como combustível,” disse a co-autora Isabelle John, da Universidade de Estocolmo, “e porque existe uma quantidade extremamente grande de matéria escura perto do Centro Galáctico, estas estrelas tornam-se imortais, “permanecendo jovem para sempre, ocupando uma região nova, distinta e observável do diagrama de RH.
Seu modelo de matéria escura pode explicar mais mistérios conhecidos.
“Para estrelas mais leves, vemos nas nossas simulações que elas se tornam muito inchadas e podem até perder partes das suas camadas exteriores,” disse John.
Ela observou que “algo semelhante a isto pode ser observado no Centro Galáctico: os chamados objetos G, que podem ser semelhantes a estrelas, mas com uma nuvem de gás ao seu redor”.
Sabe-se que existe um número limitado de estrelas individuais tão próximas do Centro Galáctico, já que a região é extremamente brilhante.
Os próximos telescópios de 30 metros serão capazes de ver muito melhor a região, o que permitirá aos cientistas compreender melhor a população das suas estrelas e verificar ou descartar a sequência principal escura.
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Publicado em 12/06/2024 16h20
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