In una mia precedente risposta avevo dato una breve spiegazione su cosa sia la materia oscura. Ricordo solo che essa si divide in "materia oscura barionica" con la quale sono costituiti oggetti come, ad esempio, le nane brune, non visibili otticamente poiché molto deboli e "materia oscura non barionica" che è la maggior parte e si pensa sia formata da materia non ordinaria. Le particelle che costituirebbero quest’ultima, secondo la teoria, sarebbero le WIMPS (Weakly Inereacting Massive Particles) che hanno la particolarità di non interagire per via elettromagnetica o nucleare forte, ma solo per via nucleare debole (ecco spiegato il perché sono invisibili a tutte le tecniche osservative). Per questo motivo è assai difficile pensare a oggetti di tipo "comune" come le stelle, ma solo di aloni di materia oscura.
Se rivolgiamo, però, la nostra attenzione a un’epoca che risale ad appena 100 milioni di anni dopo il BIG-BANG, vedremo che in un certo senso è possibile parlare di "Dark Stars" ("Stelle Oscure"). A quel tempo le prime stelle erano veramente titaniche e "bruciavano" più velocemente di quelle odierne. Erano sempre costituite da idrogeno ed elio, ma potevano anche avere fino all1% di materia oscura, le cui particelle possono auto-annichilirsi, sostenendo una stella per un certo periodo con l’energia di tale processo. Recenti teorie affermano che questo fenomeno avrebbe influito sia la formazione dei buchi neri supermassicci, sia la nascita delle cosiddette "Stelle di popolazione III", (le prime vere stelle sostenute dalla fusione dell’idrogeno in elio), ritardandola. Vediamo con ordine.
Da quello che s’ipotizza, nelle epoche appena seguenti il BIG-BANG, la materia oscura incominciò a coalescere in una complessa struttura a "tela di ragno", fatta da filamenti che s’intersecavano a formare nodi; di conseguenza, la materia ordinaria o barionica, presente in quantità assai inferiore, guidata dalla gravità si dispose lungo questi filamenti formando nubi di gas che, collassando, diedero origine a protostelle e poi, per contrazione di queste, alle stelle vere e proprie.
In questo scenario la materia oscura non dovrebbe influire sulla formazione stellare, tuttavia nel giovane Universo questa aveva una densità spaziale molto più alta rispetto a quella dei giorni nostri e si trovava in un "luogo" assai più piccolo. Pertanto le prime stelle erano immerse nella materia oscura e potrebbero aver attratto alcune sue particelle nel nucleo. Se poi la densità di queste particelle avesse ecceduto oltre la soglia critica, si sarebbe generata l’auto-annichilazione in fotoni, neutrini, elettroni e altre particelle (vedi figura 1);
Fig,1: decadimento del Neutralino, una delle più importanti particelle candidate a formare la materia oscura (WIMPS)
tale processo è così efficiente da permettere anche a una quantità piccolissima di materia oscura di sostenere una stella. Il risultato è di "congelare" la formazione stellare in uno stato embrionico chiamato "Dark Star" o "Stella Oscura", assai più espansa delle stelle di Popolazione III, cioè le prime vere stelle, costituite solo da idrogeno ed elio, e le cui caratteristiche a confronto di altri soli sono riportate nella figura sottostante.
Fig. 2: comparazione tra la luminosità, temperatura superficiale, massa e dimensioni di una "dark Star" con altri tipi di stelle
Le simulazioni al computer prevedono che questi oggetti possano essere sopravvissuti per un periodo che va da circa un milione a qualche miliardo di anni, se l’alone di materia oscura era particolarmente grande e, in teoria, alcune potrebbero essere presenti anche ai giorni nostri (che straordinaria scoperta sarebbe!).
Quali sarebbero state le conseguenze se le dark star fossero esistite veramente? In generale, dopo l’esaurimento della materia oscura, la stella si sarebbe contratta, dando origine a una di Popolazione III che al termine della sua vita, stimata in alcuni milioni di anni, esplose in una supernova (spargendo i primi elementi pesanti nell’Universo).
Alcune di queste dark star, però, sarebbero state molto massicce e il successivo collasso non avrebbe generato stelle, ma direttamente buchi neri; questi potrebbero spiegare la presenza di Quasar già dopo poche centinaia di milioni di anni dopo il BIG-BANG.
Un’altra conseguenza delle stelle oscure può essere stata, com’è intuibile, il ritardo della formazione di stelle di Popolazione III e quindi dell’epoca della reionizzazione.
Alla fine, sarà possibile confermare la presenza nel passato di questi singolari oggetti? Se pensiamo alle difficoltà nel rilevare, utilizzando la finestra infrarossa, anche solo la "firma" delle stelle di popolazione III pur con telescopi spaziali evoluti come il prossimo "James Webb Telescope", ci rendiamo conto del tipo di impresa che dobbiamo intraprendere. Sarà una delle frontiere della nuova astrofisica e chissà che una di queste dark star non sia veramente giunta fino a noi, testimone di un’epoca assai lontana e affascinante!
