Strange Quark matter in Astrophysics and Cosmology

L'ipotesi di Bodmer-Witten suggerisce che la materia strana sia il vero stato fondamentale della materia. Questa ipotesi ha significative implicazioni per l'astrofisica e la cosmologia. In cosmologia, grumi di materia di quark strani assolutamente stabili potrebbero costituire la materia oscura. In astrofisica ciò implica l'esistenza di stelle strane in coesistenza con stelle adroniche nello scenario denominato a due famiglie. In primo luogo, proponiamo un modo per testare questo scenario attraverso l'osservazione delle kilonove prodotte nelle fusioni tra stelle compatte e buchi neri. Studiamo l'impatto dell'equazione di stato della materia nucleare sul materiale espulso in tali eventi e, quindi, sui possibili segnali di kilonova osservati. In particolare, prevediamo la soppressione statistica di tali eventi nello scenario a due famiglie rispetto allo scenario standard. In una seconda indagine, esploriamo le implicazioni cosmologiche dei strangelet come candidati per la materia oscura. Questo comporta la stima della distribuzione di dimensione e massa degli strangelet, assicurando il loro accordo con i vincoli esistenti sulla materia oscura macroscopica. In seguito, esaminiamo le conseguenze astrofisiche di questo scenario cosmologico, concentrandoci in particolare su come la presenza di strangelet possa influenzare l'evoluzione stellare. Ci concentriamo su due casi: studiamo come gli strangelet, quando catturati da nane bianche, influenzino la stabilità di queste stelle che diventano a loro volta nane strane; suggeriamo che la presenza di strangelet nel nucleo delle stelle che subiscono una electron-capture supernova possa portare alla formazione di stelle strane di massa inferiore a quella solare, che potrebbero essere già state osservate come nel caso di HESS J1731-347 e SAX J1808.4-3658.

The Bodmer-Witten hypothesis suggests that strange quark matter is the true ground state of matter. This hypothesis has significant implications for astrophysics and cosmology. In cosmology, lumps of absolutely stable strange quark matter can constitute dark matter. In astrophysics, it implies the existence of strange stars in coexistence with hadronic stars in the so-called two-families scenario. First, we propose a way to test this scenario through the observation of the kilonovae produced in mergers between compact stars and black holes. We study the impact of the nuclear matter equation of state on the ejected material in those events, and therefore, on the possible observed kilonova signals. In particular, we predict the statistical suppression of those events in the two-families scenario as compared with the standard scenario. In a second investigation, we explore the cosmological implications of strangelets as dark matter candidates. This involves assessing the size and mass distribution of strangelets, ensuring their agreement with the existing constraints on macroscopic dark matter. Therefore, we examine the astrophysical consequences of this cosmological scenario, particularly focusing on how the presence of strangelets might affect the stellar evolution. We focus on two cases: we investigate how strangelets, when captured by white dwarfs, impact the stability of these stars which become strange dwarfs; we suggest that the presence of strangelets in the core of stars which undergoes electron-capture supernova can result in the formation of subsolar mass strange stars, which might have been already observed, as in the case of HESS J1731-347 and SAX J1808.4-3658.