Matéria escura pode revelar segredos do nascimento de estrelas de nêutrons

Explosões estelares conhecidas como supernovas de captura de elétrons (ECSNe) acontecem em estrelas com massas entre 8 e 10 vezes a do Sol. Nessas estrelas, núcleos de oxigênio, néon e magnésio se tornam instáveis quando elétrons são absorvidos, levando ao colapso do núcleo e à formação de uma estrela de nêutrons, um dos objetos mais densos do universo.

Pesquisas recentes do INFN-Pisa e da Universidade de Pisa, publicadas no Journal of High Energy Astrophysics, investigam como a presença de matéria escura assimétrica (ADM) poderia modificar esse processo, impactando tanto o colapso estelar quanto a energia da explosão.

Principais descobertas do estudo

O modelo desenvolvido pelos pesquisadores considera matéria comum e matéria escura como fluidos interagindo apenas gravitacionalmente, permitindo previsões detalhadas sobre os efeitos da ADM nas ECSNe. Entre os pontos-chave:

• Influência na massa crítica do núcleo: presença de matéria escura pode reduzir a massa necessária para o colapso;
• Explosões mais fracas: núcleos colapsam com menor energia liberada;
• Formação de estrelas de nêutrons leves: massas abaixo de 1,2 vezes a do Sol, abaixo do padrão observado;
• Mapeamento de anãs brancas para remanescentes: permite relacionar propriedades da estrela progenitora com a estrela de nêutrons formada.

O estudo integra equações de estado (EOS) detalhadas para modelar tanto as estrelas progenitoras quanto a matéria escura, considerada um gás degenerado de Fermi frio. Isso possibilitou prever como diferentes frações de ADM alteram o perfil de densidade do núcleo e a energia liberada na explosão.

Implicações para a astrofísica

Os resultados sugerem que supernovas de baixa energia ou estrelas de nêutrons inesperadamente leves podem ser assinaturas indiretas da matéria escura. Além disso, o modelo abre novas oportunidades para:

• Estudar a relação entre ECSNe e a equação de estado das estrelas de nêutrons;
• Explorar a matéria escura através de laboratórios naturais no universo;
• Conectar teoria a observações multimensageiras, incluindo ondas gravitacionais e telescópios.

Ao considerar a matéria escura como um componente ativo no colapso estelar, o estudo mostra que mesmo pequenas quantidades de ADM podem alterar significativamente a vida e a morte das estrelas. Isso redefine a forma como compreendemos tanto a formação de estrelas de nêutrons quanto a influência da matéria escura na evolução estelar.