Stars as Dark Matter cosmic laboratories: from the main-sequence to the horizontal branch

Resumo
A Matéria Escura (ME) é uma pedra angular do nosso entendimento do Universo. A validade do modelo ΛCDM implica que as galáxias estão rodeadas por um halo de matéria massiva e não bariónica, cujas interações continuam a eludir os nossos esforços experimentais. Caso estas partículas interajam com a matéria bariónica, elas vão acumular no interior das estrelas, onde subsequentes interacções com o plasma estelar poderão causar efeitos na estrutura e na evolução destas estrelas. O estudo destes efeitos é importante por duas razões: por um lado, pode contribuir para o nosso conhecimento acerca de física estelar; por outro, os efeitos podem ser testados contra observações de alta precisão com o objectivo de limitar as propriedades da ME. Nesta Tese estudamos a fenomenologia das interações de ME numa variedade de estrelas e assumindo o paradigma de partículas massivas com fracas interações (WIMP). Ao considerar diferentes tipos de estrelas podemos tirar partido dos diferentes processos físicos que as caracterizam para explorar novas formas de estudar ME usando observações astronómicas. Para completar esta tarefa criámos um módulo que permite modelar todos os processos relacionados com ME durante a evoluçao estelar. Este módulo funciona em conjunto com um código de evolução estelar open-source, e juntos formam um laboratório único onde podemos testar as hipóteses propostas nesta Tese. Usando estas ferramentas estudamos três cenários astrofísicos: o impacto do transporte de energia por ME assimétrica na estrutura e evolução de estrelas de baixa massa da sequência principal; os efeitos da produção de energia pela aniquilação de ME no centro de estrelas do ramo das gigantes vermelhas; e o impacto de interacções de ME na astrosismologia de estrelas do agrupamento vermelho. Ainda estudamos as incertezas presentes na modelação do espaço de fase do halo de ME e o seu impacto nos estudos referidos acima. No geral, obtivemos o resultado que enquanto que atuais limitações experimentais reduzem a capacidade dos métodos propostos nesta Tese de competirem com experiências concebidas para estudar a ME directamente, desenvolvimentos num futuro próximo desbloquearão o potencial único de estrelas como laboratórios de ME. Para finalizar, notamos ainda que a versatilidade das ferramentos numéricas desenvolvidas nesta Tese permite que o módulo possa ser melhorado e usado para estudar aplicações para além das estudadas nesta Tese.