La materia oscura en estrellas de neutrones y su impacto en la anomalía de traza

Un estudio reciente ha investigado cómo la presencia de materia oscura (DM) afecta las propiedades conformes y la estructura de fase de la materia densa en estrellas de neutrones. Utilizando un marco de fluido único autoconsistente, los investigadores han desarrollado una descomposición exacta de la anomalía de traza total (Δtot) en sus contribuciones microscópicas. Este enfoque permite analizar el impacto de la materia oscura no solo en la composición, sino también en la física fundamental de estas estrellas, que son laboratorios naturales para la materia en condiciones extremas. Para los modelos de materia oscura tipo portal de Higgs, las contribuciones directas de las interacciones de Higgs, mediadores vectoriales y de contacto resultan ser insignificantes. Sin embargo, la materia oscura no relativista pesada posee una anomalía de traza intrínseca cercana al límite no relativista (Δχ ≈ 1/3). Esto implica que la fracción de energía de masa en reposo de la materia oscura es el factor dominante en la modificación de Δtot, produciendo un aumento suave de hasta aproximadamente 0.1 para una fracción de materia oscura Fχ de alrededor del 0.2% de la masa bariónica. En el régimen de WIMPs pesados y sin presión, se ha identificado una escala universal del sector oscuro gobernada por el parámetro de carga de masa λ = Fχmχ/mN, donde mχ es la masa de la partícula de materia oscura y mN la masa del nucleón. Los cálculos numéricos demuestran que, para un λ fijo, diferentes combinaciones de Fχ y mχ exhiben respuestas superpuestas en la anomalía de traza, la velocidad del sonido y las relaciones masa-radio para una ecuación de estado bariónica dada. En estrellas híbridas, la materia oscura apenas altera la presión de coexistencia y el potencial químico, mientras que el desconfinamiento hadrón-quark de primer orden produce discontinuidades abruptas en la velocidad del sonido al cuadrado (c_s²), Δtot y Δtot - ΔB. Este ablandamiento combinado reduce significativamente la masa estelar máxima, lo que pone en tensión las predicciones con estrellas de neutrones observadas de 2 M☉ si Fχ es del orden del 0.2%. Estos hallazgos sugieren que la anomalía de traza y su evolución con la densidad son diagnósticos sensibles para distinguir entre las modificaciones suaves inducidas por la materia oscura y el genuino desconfinamiento de primer orden. Esto abre nuevas vías para comprender la composición interna de las estrellas de neutrones y, potencialmente, para detectar la presencia de materia oscura en estos objetos compactos, lo que tendría profundas implicaciones para la astrofísica y la física de partículas.