Il mondo che vediamo intorno a noi è costruito intorno ai quark. Essi formano i nuclei degli atomi e delle molecole che compongono noi e il nostro mondo. Mentre ci sono sei tipi di quark, la materia regolare ne contiene solo due: i quark superiori e i quark inferiori. I protoni contengono due alti e un basso, mentre i neutroni contengono due bassi e un alto. Sulla Terra, gli altri quattro tipi si vedono solo se creati in acceleratori di particelle. Ma alcuni di essi potrebbero anche apparire naturalmente in oggetti densi come le stelle di neutroni.
Il modello standard per le stelle di neutroni ritiene che i neutroni rimangano in gran parte intatti al loro interno. Così, una stella di neutroni è come un enorme nucleo atomico tenuto insieme dalla gravità piuttosto che dal una forte forza nucleare. Ma non comprendiamo appieno come i neutroni interagiscono a temperature e densità estreme. È possibile che all’interno di una stella di neutroni i neutroni si scompongano in un brodo di quark, formando quella che è nota come stella di quark. Le stelle quark avrebbero l’aspetto di stelle di neutroni, ma sarebbero leggermente più piccole.
Se le stelle di quark esistono, allora è possibile che quark ad alta energia su e giù si scontrino per creare strani quark. Ed è qui che le cose potrebbero diventare, beh, un po’ strane. I quark strani sono molto più pesanti dei quark su e giù, quindi i quark strani tenderebbero a formare un nuovo tipo di nucleone conosciuto come strangolamento. Uno strangelet semplice sarebbe composto da un quark su, giù e uno strano quark. Poiché gli strangelet sono molto più densi dei protoni e dei neutroni, il contatto tra i due strapperebbe i protoni e i neutroni per creare più strangelet. In sostanza, se la materia strana entra in contatto con la materia regolare, non ci vuole molto tempo per convertirla in materia strana. Si potrebbe avere di tutto, da strane stelle a strani pianeti.
Anche se la materia strana è un’idea interessante, non è popolare. Per cominciare, se la materia strana si forma in alcune stelle di neutroni, dovrebbe formarsi in tutte le stelle di neutroni, facendole collassare. Ma vediamo molte stelle di neutroni che sono troppo grandi per essere quark strani. C’è anche il fatto che strani quark possono apparire all’interno di protoni e neutroni regolari. Per esempio, anche se un protone è “fatto” di due quark up e un quark down, in realtà è solo una media. Le fluttuazioni quantistiche significano che gli strani quark possono apparire per brevi periodi di tempo. Ma non sono stabili e non convertono i nucleoni in materia strana. Quindi, se la materia strana esiste, probabilmente esiste solo all’interno di oggetti grandi e densi.
Tuttavia, vale la pena cercare oggetti di materia strana nell’universo, e recentemente uno studio ha trovato alcuni candidati. Lo studio ha cercato un tipo di oggetto noto come strani nani. Questi ipotetici oggetti hanno una massa simile a quella di una nana bianca, ma invece di essere fatti di materia regolare in uno stato degenerato, sono fatti di strana materia quark. Di conseguenza, sarebbero molto più piccole delle nane bianche.
Per trovare questi oggetti, il team ha esaminato i dati del Montreal White Dwarf Database (MWDDD), che contiene dati su oltre 50.000 nane bianche. Per circa 40.000 di esse, il database elenca sia la massa che la gravità superficiale delle nane bianche. La massa di una nana bianca può essere determinata dallo spostamento Doppler della sua luce mentre orbita attorno ad una stella compagna, oppure dal lensing gravitazionale, mentre la gravità superficiale può essere misurata dal redshift gravitazionale della sua luce.
Se si conosce la massa e la gravità superficiale di una stella, si può facilmente calcolare il suo raggio. Il team ha fatto questo e poi li ha confrontati con la massa e il rapporto di raggio per le nane bianche. La maggior parte di loro ha seguito la relazione, ma 8 delle stelle no. Erano di dimensioni molto più piccole e corrispondevano alle previsioni per una nana quark.
I dati di questo lavoro non sono abbastanza forti da dimostrare che questi oggetti sono strani nani, ma vale la pena di studiarli ulteriormente. C’è qualcosa di strano in loro, e sarebbe bene determinare se ciò sia dovuto a strani quark o a qualcos’altro.
Riferimento: Abudushataer Kuerban, et al. “Ricerca di strani oggetti di materia quark tra i nani bianchi.” preprint di arXiv arXiv:2012.05748 (2020).