Stelle oscure: i semi dei buchi neri supermassicci?

astronomy.com: Roen Kelly

Le stelle normali si alimentano tutte allo stesso modo: la fusione nucleare. Le stelle sono così grandi che sono costantemente sul punto di crollare su se stesse. Ma mentre la gravità schiaccia una stella, genera così tanto calore nel nucleo della stella da fondere gli atomi insieme, liberando energia. Questa energia fornisce una pressione verso l’esterno sufficiente a controbilanciare il collasso gravitazionale della stella.

Ma per le stelle oscure, la storia è un po’ diversa.

Le teorie suggeriscono che le stelle oscure sarebbero state per lo più composte dallo stesso materiale delle stelle normali, cioè l’idrogeno e l’elio. Ma poiché queste ipotetiche stelle oscure si sarebbero formate nell’universo primordiale, quando il cosmo era molto più denso, probabilmente contenevano anche una piccola, ma significativa, quantità di materia oscura sotto forma di particelle massive debolmente interagenti (WIMP) – particelle ritenute essere tra i principali candidati a comporre la Materia Oscura.

Si pensa che questi WIMP abbiano le loro controparti di antimateria con le quali possono annichilirsi producendo energia pura. All’interno di una stella oscura, queste annichilazioni WIMP estremamente potenti potrebbero offrire sufficiente pressione verso l’esterno per prevenire il collasso della stella senza la necessità della fusione del nucleo.

Secondo la ricercatrice Katherine Freese, dell’Università del Michigan, i WIMP dovrebbero rappresentare solo lo 0,1 percento della massa totale di una stella oscura. Ma anche così, le reazioni di annichilazione tra WIMP potrebbe mantenere attiva una stella oscura per milioni o addirittura miliardi di anni.

astronomy.com: Roen Kelly

Le stelle oscure non si comportano solo in modo diverso dalle stelle normali. Hanno anche un aspetto diverso.

Poiché le stelle oscure non si affidano alla fusione del nucleo per evitare il collasso gravitazionale, non sono così compresse come le stelle normali. Le stelle oscure sono, probabilmente, nuvole giganti e dilatate che brillano con estrema luminosità. A causa della loro dilatazione, dice Freese, le stelle oscure potrebbero raggiungere diametri fino a circa 10 unità astronomiche (AU), dove 1 UA è la distanza media Terra-Sole di 93 milioni di miglia (150 milioni di chilometri).

astronomy.com: Roen Kelly

“Possono continuare a crescere finché c’è materia oscura come carburante“, spiega Freese “Pensiamo che possano essere state grandi fino a 10 milioni di volte la massa del Sole e 10 miliardi di volte più brillanti del Sole, ma non lo sappiamo, non esiste alcuna prova della loro esistenza“.

Uno degli ostacoli per dimostrare l’esistenza delle stelle oscure esiste davvero, tuttavia, è che questi oggetti così luminosi dipendevano dalle annichilazioni della materia oscura per sopravvivere. Tali annichilazioni, però, si verificavano principalmente nell’universo primordiale, quando le particelle di materia oscura erano molto vicine tra loro. Quindi, per individuare antiche stelle oscure, abbiamo bisogno di telescopi in grado di guardare indietro fino ad un passato estremamente remoto.

Fortunatamente, secondo Freese, quando entrerà in servizio, il telescopio spaziale James Webb dovrebbe essere in grado di individuare le stelle oscure – a patto che sapremo cosa cercare.

“Sembrerebbero completamente diverse dalle stelle calde“, ha detto Freese ad Astronomy. “Le stelle scure sono fredde [17.700 ° C]. Quindi, dovrebbero apparire più simili al Sole in termini di frequenza della luce, anche se sono molto più brillanti. Questa combinazione di freddo ed estrema brillantezza è difficile da paragonare ad altri oggetti“.

“È una prospettiva eccitante che un nuovo tipo di stella possa essere scoperto nel prossimo futuro“, hanno scritto Freese e i suoi colleghi in un recente documento di revisione.

I semi dei buchi neri supermassicci

Se i ricercatori riusciranno a scoprire le prove dell’esistenza delle stelle oscure, cambierà il modo in cui pensiamo ai primi stadi dell’universo. Le stelle oscure diventerebbero i migliori candidati ad essere state la prima generazione di stelle, che si formarono circa 200 milioni di anni dopo il Big Bang.

Ma le stelle oscure potrebbero anche spiegare una delle domande più fastidiose della cosmologia: come si sono formati prima i buchi neri supermassicci? 

“Se una stella oscura grande un milione di masse solari verrà individuata, siamo abbastanza sicuri che finirà per formare un grande buco nero“, afferma Freese. “in seguito potrebbe fondersi con altri buchi neri, fino a generare un buco nero supermassiccio, ci sembra uno scenario molto ragionevole!”