Stelle di materia oscura nel mirino del James Webb

Grazie al potente sguardo del James Webb Space Telescope, un team di astrofisici ha scoperto quelle che potrebbero essere delle stelle oscure, corpi celesti sino ad ora solo teorici, che si pensa siano alimentati da particelle di materia oscura. Queste misteriose stelle sarebbero molto più grandi e molto più luminose di stelle come il nostro Sole.

Se davvero il James Webb avesse individuato simili corpi celesti, potremmo essere ad un passo dal dipanare alcuni dei misteri legati alla materia oscura, uno dei più grandi quesiti della fisica. L’esistenza delle stelle di materia oscura, potrebbe inoltre appianare le divergenze tra l’attuale modello cosmologico standard e l’osservazione delle grandi galassie nelle prime fasi dell’universo.

Alla scoperta di tre stelle che potrebbero svelare i segreti della materia oscura

Il team di astrofisici composto da Katherine Freese dell’Università del Texas ad Austin, Cosmin Ilie e Jillian Paulin della Colgate University, ha dunque analizzato le immagini del James Webb Space Telescope scovando questi tre oggetti luminosi che potrebbero essere stelle oscure.

Freese, direttrice del Weinberg Institute for Theoretical Physics, ha affermato che “scoprire un nuovo tipo di stella è piuttosto interessante di per sé, ma scoprire che è la materia oscura ad alimentarlo sarebbe grandioso”.

Sappiamo davvero molto poco sulla natura della materia oscura, ma gli scienziati ipotizzano che sia costituita da un nuovo tipo di particella elementare e tra i principali candidati vi sono le particelle massicce a interazione debole. Quando si scontrano, queste particelle si annichilano, depositando calore nelle nubi di idrogeno che collassano e convertendole in stelle oscure splendenti.

Scoprire simili stelle, oscure e supermassicce, potrebbe dunque permetterci di conoscere la materia oscura, studiando le proprietà di queste stelle. Il prossimo passo sarà dunque quello di continuare ad osservare queste stelle con il James Webb, studiando i cali o l’eccesso di intensità della luce in determinate bande di frequenza, per poter riuscire a confermare che si tratti davvero di stelle oscure.

Le galassie primordiali e il modello standard

Confermare l’esistenza delle stelle oscure potrebbe inoltre risolvere un problema creato proprio dal James Webb, ovvero la scoperta dell’esistenza di galassie molto antiche e troppo grandi per essere nate ai primordi dell’Universo, che non collimano con le previsioni del modello standard della cosmologia.

Come spiega infatti Freese “se alcuni di questi oggetti che sembrano galassie primordiali sono in realtà stelle oscure, le simulazioni della formazione delle galassie concordano meglio con le osservazioni”.

Le tre stelle scoperte che potrebbero essere composte da materia oscura, nominate JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 e JADES-GS-z11-0, sono state originariamente identificate come galassie nel dicembre del 2022 dal James Webb Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Utilizzando l’analisi spettroscopica, il team di JADES ha confermato che gli oggetti sono stati osservati in tempi che vanno da circa 320 milioni a 400 milioni di anni dopo il Big Bang  rendendoli alcuni dei primi oggetti mai osservati.

Le stelle oscure potrebbero teoricamente crescere fino a diventare diversi milioni di volte la massa del nostro sole e fino a 10 miliardi di volte più luminose del sole, quindi potrebbero essere facilmente scambiate per delle intere galassie.

La materia oscura potrebbe essere la chiave

Dopo una serie di studi sull’argomento, il team di fisici ha sviluppato un modello che spiegherebbe la grandezza delle prime protogalassie grazie alla materia oscura. Secondo il modello, al centro di queste galassie primordiali ci sarebbero ammassi molto densi di materia oscura, insieme a nubi di idrogeno e gas elio.

Quando il gas si raffredda, collasserebbe trascinando con sé la materia oscura. Con l’aumentare della densità, le particelle di materia oscura si annichilerebbero sempre di più, aggiungendo sempre più calore, il che impedirebbe al gas di collassare fino a raggiungere un nucleo abbastanza denso da supportare la fusione come in una normale stella.

Invece, continuerebbe a raccogliere più gas e materia oscura, diventando grande e molto più luminoso delle normali stelle. A differenza delle stelle ordinarie, la fonte di energia sarebbe uniformemente distribuita, piuttosto che concentrata nel nucleo. Con abbastanza materia oscura, le stelle oscure potrebbero crescere fino a raggiungere diverse milioni di volte la massa del nostro Sole e fino a 10 miliardi di volte più luminose.

Foto di WikiImages da Pixabay

Fonte: Proceedings of the National Academy of Sciences