Un equip internacional de científics ha mostrat per primera vegada que l'existència d'un tipus de matèria fosca podria explicar la major part de les incògnites associades amb el "problema de la composició solar".
L'astre solar segueix amagant misteris en el seu interior. En un nou estudi, un equip internacional de científics ha mostrat per primera vegada que l'existència d'un tipus de matèria fosca podria explicar la major part de les incògnites associades amb el "problema de la composició solar". Aquest problema, i la seva solució, ha desafiat tots els intents realitzats des de la seva aparició fa una dècada. L'equip format per científics de la Universitat de Durham (Regne Unit), de l'Imperial College (Regne Unit) i de l'Institut de Ciències de l'Espai (IEEC-CSIC) publica els seus resultats en l'últim número de la revista Physical Review Letters.
L'estructura interna del Sol es coneix amb un alt grau de precisió gràcies a l'estudi de les oscil·lacions observades en la seva superfície, la heliosismologia, de manera anàloga a la sismologia a la Terra, que estudia l'estructura terrestre a partir d'ones sísmiques. Però quina és la composició química del Sol? "No se sap amb certesa", afirma Aldo Serenelli (IEEC-CSIC), "la seva determinació es realitza mitjançant l'estudi de l'espectre solar, on cada element químic present a la superfície del Sol es manifesta a través d'una sèrie de línies espectrals ( zones de major o menor intensitat) única ", afegeix Serenelli. Fa una dècada, gràcies a millores en les tècniques d'anàlisi espectroscòpic, la composició química superficial del Sol va ser revisada completament, resultant en una concentració de metalls un 40% menor al que es creia anteriorment.
La revisió de la composició química solar va portar a l'aparició del "problema de la composició solar": una sèrie de discrepàncies sobre l'estructura interna del Sol entre les prediccions de models teòrics d'estructura solar, i les propietats del Sol que poden ser deduïdes en base a les tècniques de heliosismologia. Els científics van veure que faltava una peça per completar els models teòrics de l'estructura del Sol, però quina?
La matèria fosca com explicació de les discrepàncies
La matèria fosca representa més del 80% de la matèria de l'Univers i és invisible als detectors habituals, i encara que la seva existència està àmpliament consensuada pels científics, no ha pogut ser encara detectada en laboratoris terrestres. Dins del Sol, la matèria fosca transporta energia, absorbint energia en les zones centrals i viatjant cap a regions més allunyades i fredes, on diposita la seva energia. A diferència de la matèria ordinària, la matèria fosca no perd energia en el viatge, perquè interactua molt dèbilment amb el medi.
D'aquesta manera, els models teòrics del Sol que contemplen la matèria fosca en el seu interior prediuen la modificació de la seva estructura en comparació a models solars estàndard que no tenen en compte l'efecte d'aquesta matèria.
En el cas de la matèria fosca asimètrica, que és la que els científics pensen que es troba en l'interior del Sol, es produeix una major acumulació de matèria fosca perquè no s'auto-aniquila com la matèria fosca ordinària. "Auto-aniquila en el sentit que una partícula interactua amb si mateixa i es converteix completament en energia (raigs gamma, en aquest cas), la qual cosa maximitza el seu impacte en l'estructura solar", explica Serenelli. A diferència de treballs anteriors, els científics consideren un tipus de matèria fosca les interaccions de la qual amb la material normal depenen críticament del canvi de moment durant la col·lisió. Els resultats mostren un "molt bon acord" amb les observacions de l'estructura solar, oferint la millor solució fins avui al problema de la composició solar.
Un aspecte interessant addicional del treball és que connecta dos problemes en aparença diferents: dèficits en models solars i matèria fosca, el principal component de matèria de l'Univers. És una possibilitat que aquest treball mostri la primera evidència de les propietats de la partícula que forma la matèria fosca. Les propietats de la matèria fosca asimètrica proposta en el treball estan en acord amb cotes establertes en experiments de detecció directa de matèria fosca i permeten, a més, explicar certes anomalies observades en aquest tipus d'experiments.
La posada en marxa de nou del Gran Col·lisionador de Partícules de Ginebra obre el camí per confirmar la viabilitat de la teoria que proposen els investigadors, "la recerca de matèria fosca asimètrica en col·lisionadors de partícules encara no ha estat descartada, pel que la seva existència pot ser confirmada o rebutjada aviat ", conclou Serenelli.
Vincent, A.C., Scott, P., Serenelli, A., Possible Indication of Momentum-Dependent Asymmetric Dark Matter in the Sun, Phys. Rev. Lett. 114, 081302 (2015)