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Stelle-fantasma, corpi celesti incredibili

© Foto : NASA, ESA, and J. Banovetz and D. Milisavljevic (Purdue University)Una foto della supernova 1E 0102.2-7219, fatta con il telescopio spaziale Hubble
Una foto della supernova 1E 0102.2-7219, fatta con il telescopio spaziale Hubble  - Sputnik Italia, 1920, 04.09.2021
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La teoria della relatività generale prevede l’esistenza di stelle composte di antimateria, bosoni stabili e materia oscura. Ma ad oggi non siamo riusciti a provarne l’esistenza. Alcuni team di scienziati hanno ipotizzato quale aspetto potrebbero avere questi corpi celesti così insoliti e quanti potrebbero essercene nella galassia.

Antistelle

Secondo quanto sappiamo ad oggi, nei primi istanti dopo il Big Bang la creazione di ogni singola particella di materia è avvenuta contestualmente alla comparsa di particelle caricate negativamente, la cosiddetta antimateria. Entrando in contatto le une con le altre, si sono annullate, ma la materia ha prevalso di poco (1 miliardesimo). Così, a partire dalla materia, si creò tutto ciò che ad oggi vediamo nell’universo.
Tuttavia, non possiamo escludere che nell’universo si siano conservati ammassi. Nel corso di miliardi di anni questi avrebbero potuto fondersi, creando delle antistelle. Queste ultime avrebbero l’aspetto di comuni stelle, con una sola differenza: qualora venissero a contatto con particelle di materia (ad esempio, atomi di idrogeno), generebbero i raggi gamma, tipici del fenomeno dell’annichilazione.
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Gli scienziati dell’Istituto di Astrofisica di Tolosa propongono di cercare le antistelle proprio a partire da questi raggi gamma. Delle 5.787 fonti di radiazione registrate in 10 anni dai telescopi gamma Fermi e inseriti nel catalogo LAT (Large Area Telescope) sono state selezionate quelle non identificate nelle categorie esistenti e che presentavano uno spettro comparabile a quello di una annichilazione tra barioni e antibarioni.
I fenomeni registrati con queste caratteristiche erano 14. Mettendo a confronto i dati ottenuti con la simulazione dell’accrescimento di un’antistella, i ricercatori hanno ottenuto il valore soglia che rappresenta il numero massimo di antistelle presenti nella nostra galassia, ossia 2,5 х 10-6. Ciò significa che su un milione di stelle comuni, le antistelle non sono più di 2,5.

Ad ogni modo, gli scienziati sottolineano che, ad oggi, non esistono informazioni attendibili sull’antimateria presente nell’universo e che tutte le conclusioni non sono che da considerarsi teoriche.

Stelle di materia oscura

Secondo le stime, la materia oscura rappresenta circa l’85% della materia nell’universo. Ma non si riesce a rilevare la materia oscura perché non ingloba, non riflette e non emette le radiazioni elettromagnetiche. Dalle osservazioni astronomiche sappiamo che una certa massa non identificata modifica le orbite stellari all’interno delle galassie, ma le particelle di cui è composta tale massa non sono mai state registrate. Secondo una delle ipotesi, la materia oscura non è ripartita uniformemente nella galassia, poiché sarebbe raggruppata in “ammassi”, una sorta di “stelle oscure” composte da “fermioni oscuri”.
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Di recente gli scienziati italiani dell’ICRANet di Pescara hanno ipotizzato che nel centro della nostra galassia non si trovi un buco nero supermassiccio, bensì un nucleo di materia oscura. Secondo loro, adottando questo punto di vista, sarebbe più semplice spiegare le variazioni delle velocità orbitali nelle regioni più esterne della Via Lattea, nonché il comportamento di insoliti corpi celesti che gravitano attorno al centro della galassia, i cosiddetti “oggetti G”.
Questi ultimi presentano un’orbita ellittica, talvolta si restringono e talvolta si allungano. Si ritiene che si tratti di nebulose di gas e polvere che al loro interno contengano stelle.

Seguendo l’esempio delle orbite di uno di questi oggetti (G2) e della stella S2, gli astrofisici dell’ICRANet hanno dimostrato che, in fase di movimento, questi corpi celesti sono sottoposti a resistenza, il che è in contrasto con il modello del buco nero. Di conseguenza, si è ipotizzata la presenza di un ammasso di materia oscura al centro della galassia. Verso l’esterno, l’ammasso risulta molto sottile.

I ricercatori ritengono che, in determinate condizioni (incremento della massa critica), l’ammasso di materia oscura possa collassare in un buco nero supermassiccio. Sebbene sia un’ipotesi insolita, spiega bene uno dei misteri della cosmologia, ossia la rapida comparsa di grandi quantità di buchi neri supermassicci all’inizio dell’universo.

Stelle di bosoni

Secondo il Modello standard, le particelle possono essere di 2 tipologie: fermioni (che compongono i “mattoncini” di materia) e bosoni (che gestiscono le interazioni e le forze che consentono ai fermioni di mettersi insieme o allontanarsi gli uni dagli altri). Sulla base di queste interazioni si basano tutti i processi naturali: dal decadimento nucleare alle reazioni chimiche di varia natura.
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Le stelle comuni sono ammassi di fermioni (protoni, neutroni, elettroni), ma, da un punto di vista meramente teorico, è possibile immaginare anche degli ammassi di bosoni: fotoni, gluoni, bosoni di Higgs e altre particelle ad oggi ancora ignote.
All’inizio di quest’anno, taluni astrofisici americani hanno ipotizzato che come fonte di raggi X generati da un gruppo di stelle di neutroni ci potessero essere degli assioni, più nello specifico dei bosoni, proposti a suo tempo per spiegare le variazioni della simmetria CP, quella simmetria che regola l’interazione tra particelle e antiparticelle.
Gli assioni sono particelle ipotetiche che pesano un miliardo di volte meno dei protoni e che non interagiscono con la materia comune. Pertanto è impossibile rilevarli nemmeno utilizzando strumenti di elevata precisione. Gli assioni sono il candidato principale per ricoprire il ruolo di particelle di materia oscura.
Si pensa che in un campo magnetico gli assioni si dividano in coppie di protoni, pertanto si propone di cercarli seguendo le eccedenze di radiazione. Queste ultime, effettivamente, sono fenomeni che si osservano in alcune stelle di neutroni e nelle nane bianche con un campo magnetico forte.
Tuttavia, le vere stelle di bosoni, generatesi in esito a un accrescimento di particelle quantiche, non emettono radiazioni, poiché in esse non si verificano reazioni di sintesi nucleare.
Secondo gli scienziati questi corpi celesti sarebbero del tutto invisibili. Ma, a differenza dei buchi neri, sarebbero trasparenti, ossia non presentano una superficie in grado di inglobare altri corpi celesti, né un orizzonte degli eventi.
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I ricercatori ipotizzano che le stelle di bosoni potrebbero essere circondate da un anello di plasma simile al disco di accrescimento dei buchi neri.
Se così fosse, le stelle di bosoni potrebbero assomigliare a una ciambella con un’area nera all’interno, proprio come il buco nero M87, rilevato con il telescopio Event Horizon, ma con una regione oscura molto meno estesa rispetto all’ombra generata da un buco nero di ugual massa.

Nane nere

Tra i corpi celesti ancora non rilevati, ma teoricamente possibili, ve ne sono anche di più “reali”. Ad esempio, è noto che, quando in stelle simili al Sole finisce il carburante necessario per le reazioni interne, le stelle si trasformano in nane bianche (sfere molto compatte di dimensioni simili alla Terra, in cui ogni centimetro cubo pesa circa una tonnellata).
Le nane bianche continuano a emettere luce per inerzia, ma nell’arco di alcuni miliardi di anni si raffreddano completamente e diventano delle nane nere, che non emettono radiazioni nella gamma del visibile. Si tratta dello stadio conclusivo dell’evoluzione di una stella. Si ritiene che stelle fredde di questo tipo compariranno per forza a un certo punto nell’universo, ma non è ancora giunto il loro momento.
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