La materia oscura può accendere le supernovae di tipo Ia

Oggi, contrariamente al passato, si ritiene che le supernovae di tipo Ia siano prodotte da nane bianche con una massa al di sotto del limite di Chandrasekhar, cioè una massa minore o uguale a 1.4 masse solari.

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supernova di tipo Ia
supernova di tipo Ia - WIKIPEDIA

Sappiamo che esiste un tipo di materia che gli scienziati hanno chiamato “materia oscura” che è trasparente alla radiazione elettromagnetica e interagisce esclusivamente attraverso la gravità con la materia comune che costituisce l’universo osservabile, pianeti, stelle, galassie.

Apparentemente, non sappiamo molto di questa forma di materia, non ne conosciamo la massa e non sappiamo in che modo si è formata.

Gli scienziati ritengono che la materia oscura sia associata a delle particelle e sono impegnati a rilevarla in modo sperimentale attraverso esperimenti sotterranei, misurazioni nello spazio profondo e attraverso l’utilizzo dei collisori di particelle.

Le interazioni non evolutive della materia oscura con la materia ordinaria possono essere rilevate usando sistemi astrofisici.

L’impatto delle interazioni della materia oscura può essere osservato nella fusione solare, nelle nuvole di gas, nell’emissione stellare, nelle nane bianche e nelle stelle di neutroni. In particolare, grazie all’enorme densità di nane bianche e stelle di neutroni, è possibile utilizzare questi oggetti come laboratori naturali per testare modelli della materia oscura.

La materia oscura potrebbe risolvere alcuni enigmi ancora aperti in astrofisica.

Un esempio sono le supernove Ia, oggi, contrariamente al passato, si ritiene che questi eventi siano prodotti da nane bianche con una massa al di sotto del limite di Chandrasekhar cioè una massa minore o uguale a 1.4 masse solari.

Alcune ricerche hanno suggerito che la materia oscura asimmetrica potrebbe causare l’accensione di supernovae di tipo Ia incluse supernovae con masse sub-Chandrasekhar.

Per spiegare questo tipo di fenomeni, tuttavia, sono stati proposti altri meccanismi: l’accrescimento con materia catturata da una stella vicina, la fusione di stelle binarie o l’ignizione del guscio di elio; tutti fenomeni che, però, richiedono un compagno stellare mentre diverse prove astronomiche dimostrano che le supernovae Ia sono nane bianche singole.

Ecco come avverrebbe l’accensione asimmetrica della materia oscura: inizialmente una grande quantità di materia oscura si accumula all’interno della nana bianca. Man mano che la materia oscura si accumula, dopo ripetute dispersioni, raggiunge la temperatura interna della nana bianca, portando alla formazione di una sfera di materia oscura ad alta temperatura. Questa sfera di materia oscura cresce in massa man mano che viene
accumulata e riscaldata nuova materia oscura; una sfera di materia composta da materia oscura asimmetrica crescerà rapidamente, poiché le particelle
di materia oscura asimmetriche non si auto-annichiliscono. Una volta che una tale sfera di materia oscura acquisisce una massa critica necessaria per l’auto-gravitazione, il suo successivo collasso gravitazionale rilascia abbastanza energia da riscaldare il nucleo delle stelle bianche nane.

Questo riscaldamento provoca la reazione termonucleare che precede una supernova di tipo Ia.

Lo studio fa emergere nuovi aspetti del meccanismo di accensione della supernova di tipo Ia a causa della materia oscura.

Usando l’accensione della materia oscura nelle supernovae di Tipo Ia, possiamo stabilire nuovi limiti sulla sezione trasversale della materia oscura-nucleone per la materia oscura pesante.

Questi limiti dipendono da quattro rilevanti quantità fisiche: (1) il tempo necessario per accumulare una massa critica di materia oscura al centro della nana bianca, (2) il tempo necessario affinché la materia oscura accumulata raggiunga l’equilibrio termico e si
stabilizzi al centro della nana bianca, (3) il tempo impiegato dalla sfera della materia oscura per collassare e (4) l’energia trasferita mentre la materia oscura collassa attraverso lo scattering contro i componenti stellari.

Oltre ad accendere supernove di tipo Ia durante il collasso, scopriamo che per una sfera di materia oscura che collassa senza accendere la nana bianca, il buco nero formato dalla materia oscura collassata può innescare la nana bianca emettendo la radiazione di Hawking.

Piccoli buchi neri evaporanti formati da nuclei di materia oscura collassata possono innescare una nana bianca.

Questa accensione per evaporazione si verificherà per la materia oscura più pesante di 011011 GeV; tale materia oscura è abbastanza pesante da collassare dopo che si è accumulata una modesta quantità di materia oscura. Ciò può comportare la formazione di un piccolo buco nero che evapora nel giro di pochi miliardi di anni.

L’evaporazione del buco nero formato da materia oscura porterà all’accensione di supernova di tipo Ia tramite radiazione di Hawking, ma a una
condizione: l‘evaporazione del buco nero deve avvenire più rapidamente dell’accrescimento di materiale stellare e di particelle di materia oscura
aggiuntive, perché il buco nero deve diventare abbastanza piccolo da raggiungere la temperatura della radiazione di Hawking necessaria all’accensione.

Unico fattore limitante è il tempo necessario al collasso della sfera di materia oscura che porta alla formazione del buco nero che può, in alcuni casi distruggere la nana bianca senza creare eventi di supernovae di tipo Ia.

Fonte: PHYSICAL REVIEW D