Aunque los investigadores han estado estudiando la materia oscura y tratando de observarla, su naturaleza es un misterio científico de larga data. El modelo cosmológico estándar sugiere que aproximadamente una cuarta parte de la energía y la materia cosmológica es casi inmune a las interacciones electromagnéticas, por tanto, la única forma de observarlo es estudiar sus efectos gravitacionales. Sin embargo, el tipo de partículas que componen la materia oscura sigue siendo un tema de debate.

Una teoría que recibió una atención considerable durante la última década más o menos plantea la hipótesis de que la materia oscura está formada, al menos en parte, por partículas ultraligeras (es decir, mucho más ligero que los electrones, por ejemplo). Estas partículas se diferencian de las partículas ordinarias en varios aspectos. Por ejemplo, sus electrones, protones o neutrones, que constituyen todos los elementos de la tabla periódica, son fermiones. Como resultado, las partículas tienen un giro medio entero, que es igual a la mitad.

Las partículas ultraligeras propuestas como candidatas a materia oscura se conocen como bosones. Los bosones tienen un giro entero, lo que significa que podría ser, por ejemplo, cero o uno. La diferencia clave entre fermiones y bosones es que los fermiones siguen el llamado principio de exclusión de Pauli, que establece que dos fermiones iguales no pueden estar en el mismo lugar, mientras se repelen. Por otra parte, los bosones pueden agruparse uno encima del otro, a veces incluso formando objetos macroscópicos compuestos por un número astronómico de bosones iguales.

Investigadores de la Universidade de Lisboa, Universitat de València y Universidade de Aveiro han llevado a cabo recientemente un fascinante estudio explorando la dinámica de las estrellas bosónicas giratorias, que son estrellas formadas a partir de cúmulos de bosones ultraligeros. Su papel publicado en Cartas de revisión física , proporciona una nueva visión valiosa de la dinámica de los diferentes tipos de estrellas bosónicas giratorias.

"Si los bosones son ultraligeros, pueden formar objetos con la masa de una estrella como el sol o incluso más masivos, ", dijeron los investigadores a Phys.org por correo electrónico." Estas estrellas, llamadas estrellas bosónicas, puede estar esparcido por todo el universo, constituyendo parte (o toda) de la materia oscura. La pregunta es si estas estrellas son estables ".

Estudios anteriores han demostrado que cuando las estrellas no giran, son estables. Sin embargo, mientras el sol y todas las estrellas y planetas conocidos de nuestra galaxia giran alrededor de su eje, se espera que otras estrellas lo hagan, así como.

"La pregunta pendiente era si las estrellas bosónicas giratorias son estables, ", dijeron los investigadores." Nuestro artículo responde a esta pregunta y la respuesta es más rica de lo previsto ".

En general, las estrellas bosónicas pueden ser bastante compactas, lo que significa que su masa está contenida en un espacio pequeño. Debido a esta cualidad particular, estas estrellas se describen mejor utilizando la teoría de la relatividad general de Albert Einstein en lugar de la gravedad newtoniana.

En su estudio, los investigadores de la Universidade de Lisboa, La Universitat de València y la Universidade de Aveiro realizaron una serie de simulaciones de relatividad numérica utilizando una plataforma gratuita llamada Einstein Toolkit. Aunque estas simulaciones, resolvieron numéricamente las ecuaciones de la relatividad general, que describen el comportamiento de la gravedad, así como las correspondientes ecuaciones de evolución de la materia que compone las estrellas bosónicas.

"Realizar evoluciones numéricas requiere datos iniciales correctos que describan cómo son los campos gravitacional y de materia en algún momento inicial, "Los investigadores explicaron." Por lo tanto, consideramos dos escenarios. En el primer escenario, una gran nube de la materia bosónica correspondiente está a punto de colapsar para (potencialmente) formar una estrella giratoria. En el segundo escenario, comenzamos con una estrella en equilibrio para evaluar si es robusta contra perturbaciones, o, por otra parte, si es inestable ".

Las estrellas bosónicas giratorias pueden tener diferentes morfologías. Si la partícula de la que están hechos tiene un giro igual a cero, se llaman estrellas escalares. Por otra parte, si esta partícula tiene un spin igual a uno, se las conoce como estrellas vectoriales.

La teoría de la relatividad general de Einstein describe las estrellas bosónicas cuando son compactas, predecir que las estrellas escalares giratorias tienen una forma de rosquilla (es decir, toro). La misma teoría predice que las estrellas vectoriales tienen una forma que es más común para rotar, estrellas más o menos esféricas, pero ligeramente aplanado en los polos (es decir, esferoidal), como el del planeta Tierra.

Curiosamente, Las simulaciones numéricas y los análisis llevados a cabo por los investigadores muestran que cuando las estrellas toroidales están ligeramente perturbadas, eventualmente se rompen en pedazos. Algunas de estas piezas luego se apartan, tomando el momento angular de la estrella.

"El resultado final es una fisión total de la estrella original, o en algunos casos, la relajación de la estrella original a un encendedor, estrella no giratoria, o todavía, en otros casos, el colapso total de la estrella en un agujero negro, ", dijeron los investigadores." En el caso de las estrellas esferoidales, por otra parte, son resistentes a las perturbaciones, como las estrellas normales conocidas en el universo ".

Los investigadores reunieron hallazgos interesantes que podrían arrojar algo de luz sobre la dinámica de las estrellas bosónicas. Quizás aún más notable, sin embargo, El estudio sugiere que la detección de estrellas de materia oscura ultraligeras en rotación podría ayudar a comprender mejor la naturaleza de las partículas que componen la materia oscura. particularmente su giro. En el futuro, los investigadores planean llevar a cabo más investigaciones centradas en la inestabilidad de las estrellas bosónicas escalares giratorias, considerando un tipo de partícula más compleja que puede interactuar consigo misma.

"Estas autointeracciones son sugeridas por algunos modelos de materia oscura y física de altas energías, "explicaron los investigadores." La pregunta que nos interesa explorar es:¿pueden apagar la inestabilidad? Es más, nos gustaría evaluar si la inestabilidad está intrínsecamente relacionada con la morfología. Es decir, si las estrellas toroidales son siempre inestables. Para hacer esto, estamos analizando algunos modelos más complicados de estrellas vectoriales giratorias que pueden tomar la forma toroidal para probar si también son inestables ".

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