Come la materia oscura potrebbe aver ritardato la formazione delle prime stelle…

Qual è il ruolo che ha giocato la materia oscura nell’universo primordiale?
Poichè questa costituisce la gran parte della materia presente, deve per forza
avere avuto qualche effetto anche quando l’universo era ancora molto giovane…
Un team di ricercatori ha proposto che grandi quantità di materia oscura avrebbero
formato stelle “oscure” nelle prime fasi dell’universo, impedendo in questo modo – almeno per un certo tempo –
che la prima generazione di stelle “normali” arrivasse alla fase di Sequenza Principale (la fase “ordinaria” per la stella, nella quale trascorre la maggior parte dellapropria esistenza). E queste “stelle oscure” potrebbero ancora essere presenti…

Poche migliaia di anni dopo il Big Bang, l’Universo si raffreddò abbastanza per permettere
che la materia si condensasse in grandi nuvole di gas caldo ionizzato. A questo punto
la gravità concorse a far proseguire la condensazione nei punti più densi, in modo
da poter formare finalmente le prime stelle. Ma queste non erano stelle come le vediamo
oggi: esse contenevano praticamente solo idrogeno ed elio, erano molto grandi, a vita
breve, ed esplodevano dopo pochi milioni di anni, in forma di supernovae. Ogni
generazione successiva di stelle veniva a formarsi così dal gas residuo, elaborato
dalla generazione precedente, e dunque arrichito di elementi più pesanti, formatisi
dalla fusione nucleare nelle stelle che ormai erano esplose.

La materia oscura dominava nell’Universo anche in quel periodo, condensandosi intorno
alla materia ordinaria, in grossi ed ampi aloni, tenuti insieme anch’essi dalla
forza di gravità. Quandi le prime stelle si addensarono all’interno di questi aloni
di materia oscura, proseguendo nello scenario che abbiamo appena descritto…

… O meglio, questo è ciò che gli astronomi fino ad oggi ritengono vero.

Un team di ricercatori ritiene invece che la materia oscura non si
limita ad interagire solo tramite la forza di gravità, ma interviene più profondamente
nella natura dei processi che compongono le stelle. Il loro lavoro di ricerca è
dettagliato nell’articolo “Dark matter and the first stars: a new phase of stellar evolution”.

In sintesi, ecco lo scenario alternativo che essi propongono.
Particelle di materia oscura compresse iniziano ad interagire tra loro, trasformandosi
in energia e dunque generando grandi quantità di calore, che vanno a contrastare
il progressivo collasso delle nubi molecolari, necessario per la formazione delle
prime stelle. La fusione dell’idrogeno è dunque interrotta, e un nuovo oggetto
stellare – una “stella oscura” – potrebbe avere inizio: “stelle” composte da grandi
quantitativi di idrogeno ed elio, il cui “motore interno” non è la fusione nucleare,
come nelle stelle ordinarie, ma l’annichilazione di particelle di materia oscura.

In caso queste stelle fossero abbastanza stabili, non è impossibile che possano
esistere ancora al giorno d’oggi. D’altra parte, la materia oscura potrebbe anche
non durare così a lungo, e le stelle a fusione di idrogeno potrebbero avere avuto
ben presto la meglio rispetto a quelle di materia oscura, funzionanti ad annichilazione
di particelle. In questo caso, l’unico effetto sarebbe stato un ritardo nella formazione
delle prime stelle “normali”, dato dal tempo necessario a ripristinare le condizioni
ottimali per il collasso delle nubi molecolari.

Dal punto di vista osservativo, sorge la domanda: come possono gli astronomi cercare queste stelle, posto che vi siano?
Queste dovrebbero essere molto grandi, con un raggio maggiore di una Unità Astronomica (ovvero, la distanza tra la Terra ed il Sole): tali dimensioni le rendono eccellenti
candidate ad essere trovate tramite esperimenti di lenti gravitazionali. La tecnica
si appoggia sulla gravità delle galassie vicine per utilizzarla come “lente”, una sorta
di telescopio artificiale per mettere a fuoco oggetti molto più lontani (questo è
possibile poichè la relatività ha mostrato come il percorso della luce sia influenzato
dalla distribuzione della materia nello spazio).



Una rappresentazione artistica delle prime stelle

Credit: Hubble

Altri scenari per la possibile rivelazione di queste stelle oscure potrebbero essere quelli di ricercare i prodotti dell’annichilazione delle particelle: se la materia oscura
rientra nella teoria delle
WIMP (Weackly Interacting Massive Particles), i fenomeni
di annichilazione dovrebbero produrre una radiazione molto specifica, in notevoli
quantità. Gli astronomi dovrebbero allora cercare tra i raggi gamma, i neutrini, e
l’antimateria.

Una via ulteriore sarebbe quella di ricercare proprio le tracce del ritardo nella
transizione a fase di Sequenza Principale per le prime generazioni di stelle “normali”,
utilizzando gli strumenti della teoria dell’evoluzione stellare per individuare la
discontinuità nello sviluppo di queste stelle primordiali.

Chissà che queste “stelle oscure” non forniscano agli astronomi l’evidenza di cui
hanno bisogno, per comprendere finalmente la vera natura della materia oscura…!

Pubblicato da

Marco Castellani

Ricercatore astronomo, appassionato di letteratura, musica, computer e programmazione. Marito, papà  di quattro.
http://www.marcocastellani.me

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *