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La gigante rossa Betelgeuse e la materia oscura

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La gigante rossa Betelgeus, qualche mese fa, a causa di un momentaneo calo della sua luminosità, poi ritornata ai suoi normali valori, ha aperto diverse discussioni. Inizialmente alcuni astronomi hanno pensato che la stella stesse per diventare una supernova anche se è più probabile che lo diventi tra molte migliaia di anni.

La gigante rossa Betelgeuse è una delle stelle più luminose e riconoscibili del cielo invernale, che segna la spalla sinistra della costellazione di Orione. La gigante rossa Betelgeuse ruota molto rapidamente attorno al proprio asse, con una velocità di circa 5,5 km / s, molto più alta della rotazione del nostro Sole che ruota invece a poco meno di 2 km / s. Inoltre è gigantesca, se si trovasse al centro del Sistema Solare, la sua orbita ingloberebbe tutti i pianeti forse fino a Giove.

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All’interno del suo nucleo denso e incandescente la gigante rossa Betelgeuse potrebbe sintetizzare tonnellate di strane particelle di quella sostanza inafferrabile che i cosmologi hanno chiamato materia oscura.

Un recente studio che ha cercato di scoprire se effettivamente la famosa gigante rossa Betelgeuse potesse produrre tali particelle non è giunta a nessuna conclusione. Tuttavia lo studio servirà ai cosmologi per tracciare i limiti delle proprietà dell’assione, l’ipotetica particella candidata alla base dell’esistenza della materia oscura

Queste particelle ipotetiche potrebbero avere appena un milionesimo o addirittura un miliardesimo della massa di un elettrone e sono i candidati ideali per costituire la materia oscura, la sostanza che sembra influenzare la materia ordinaria e le particelle di luce solo attraverso interazioni gravitazionali.

La domanda a cui gli scienziati cercano di dare una risposta da almeno 40 anni è: cos’è la materia oscura? Esistono al oggi diverse teorie al riguardo. le varie teorie possono essere suddivise in due categorie: alcune affermano che la materia oscura sia composta da particelle elementari, mentre altre postulano una  nostra incapacità di capire pienamente la natura della gravità. 

Visti i recenti successi della fisica delle particelle, alcuni ricercatori pensano che sia possibile ottenere particelle di materia oscura direttamente al LHC (Large Hadron Collider) l’acceleratore di particelle da 27 chilometri di circonferenza installato al CERN di Ginevra.

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Tuttavia, nonostante le energie molto elevate raggiunte grazie all’ultimo upgrade avvenuto del 2015, le ipotetiche particelle non sono ancora state rilevate. Oltre a LHC, anche i telescopi dispiegati nello spazio come Fermi sono alla ricerca di eventi luminosi associabili alla alla materia oscura, anche se anche dallo spazio non è arrivato nessun riscontro sull’esistenza di particelle esotiche.

La gigante rossa Betelgeuse e gli assioni

Gli assioni non dovrebbero interagire significativamente con le particelle della luce, i fotoni, tuttavia secondo alcune teorie, c’è una piccola probabilità che i fotoni possano convertirsi in assioni in presenza di campo magnetico molto potente. Ha spiegarlo è Mengjiao Xiao, fisico del Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge. 

Il nucleo di una stella è il luogo dove si svolgono i processi termonucleari e potrebbe essere un luogo ideale per trovare abbondanti quantità di fotoni, e intessi fenomeni magnetici. La gigante rossa Betelgeuse, che ha 20 volte la massa del Sole, potrebbe plausibilmente essere ciò che Xiao ha definito “una fabbrica di assioni”.

Se queste particelle esistono e vengono sintetizzate nel nucleo della gigante rossa Betelgeuse, dovrebbero essere in grado di fuggire verso lo spazio e giungere anche nel sistema solare in gran quantità. Interagendo con il campo magnetico della Via Lattea, gli assioni potrebbero essere riconvertiti in fotoni nella banda a raggi X dello spettro elettromagnetico, ha detto Xiao. 

La gigante rossa Betelgeuse è una stella anziana e attraversa una fase della sua evoluzione in cui non dovrebbe emettere molta radiazione X, quindi rilevare una radiazione di questo tipo potrebbe indicare la presenza degli assioni. 

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Per cercare la firma a raggi X lasciata dalla gigante rossa Betelgeuse, Xiao e i suoi colleghi hanno utilizzato il Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) della NASA, sebbene non abbiano osservato nulla oltre a ciò che ci si aspettava dai normali processi astrofisici come la piccola quantità di radiazioni X che la stella emette normalmente. 

Le scoperte effettuate dal team che Xiao presenterà il 20 aprile alla riunione di aprile 2021 dell’American Physical Society, suggeriscono che i fotoni e gli assioni hanno almeno tre volte meno probabilità di interagire di quanto si ritenesse in passato.  

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Poiché gli ambienti stellari sono molto diversi dalle condizioni di laboratorio, fare ricerche come questa è complicato, ha spiegato Joshua Foster, fisico del MIT. Foster pur non essendo coinvolto in questa ricerca ha fatto parte di un team che ha dato la caccia agli assioni potenzialmente emessi dagli ammassi stellari che si trovano vicino al centro della nostra galassia.

Il team ha lavorato intensamente per quantificare le loro incertezze e, come ha spiegato Foster, ha contribuito a porre nuovi vincoli alle potenziali proprietà dell’assione.

Se venissero rilevate radiazioni X provenire da una stella, questo non indicherebbe in maniera assoluta che gli assioni esistono realmente. Per ora gli scienziati dovranno lavorare alle ricerche andando per esclusione per capire se la materia oscura è collegata a un qualche tipo di particella prima di entrare nel campo di una nuova fisica che ci aiuti a spiegare il comportamento dell’universo.

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