La materia oscura sempre più nascosta

LA DIFFICILE RICERCA DI GRANDI LABORATORI NATURALI CHE POSSANO RIVELARLA

Image left: Giuseppe Donatiello. Image right (background): NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration.

La materia oscura è uno dei maggiori enigmi della scienza. Permea l’intero Universo e secondo uno studio guidato da Shin’ichiro Ando dell’Istituto di Fisica presso l’Università di Amsterdam, sembra essere ancora più elusiva di quanto si pensasse.

Quel poco che sappiamo deriva dalle osservazioni di galassie e ammassi di galassie, principalmente degli effetti gravitazionali di questa materia, però nulla sappiamo sul tipo di particelle che la compongono. Tutto questo genera imbarazzo tra gli studiosi, incapaci di descrivere le proprietà di un elemento che ha condizionato l’evoluzione del Cosmo sin dai primi istanti dopo il Big Bang.

Il mistero della materia oscura stimola lo sviluppo di esperimenti destinati alla sua rivelazione: forse è soltanto un nostro limite tecnologico, così com’è stato con le onde gravitazionali per circa un secolo, e tali particelle potrebbero essere rivelate non appena sarà disponibile la tecnologia adatta.

Qualche tentativo potrebbe essere comunque fatto, cercando le deboli firme prodotte dall’annichilazione delle coppie particella-antiparticella di materia oscura con l’emissione di fotoni di luce gamma. La materia oscura è ovunque e la dovremmo trovare anche nei nostri laboratori, ma non interagisce con quella ordinaria e occorre un esperimento molto grande per sperare di raccogliere qualche interazione.

Per fortuna, la natura ci fornisce dei laboratori naturali in cui verificare queste ipotesi. Uno di questi laboratori è rappresentato dalle galassie nane sferoidali che sono piene di materia oscura e da essa tenute insieme. Queste galassie sono anche debolissime, difficili da trovare e studiare perché sono dei veri fossili della seconda formazione stellare e quindi di estremo interesse anche in ambito cosmologico. 

Essendo sistemi pressoché incontaminati da processi recenti, poveri di gas e privi di efficace formazione stellare, le nane sferoidali sono tra i migliori obiettivi verso i quali puntare i telescopi per astronomia gamma, come il satellite Fermi, per cercare la radiazione prodotta dall’annichilazione della materia oscura, in un ambiente esente da rilevanti interferenze di qualunque tipo.

Il gruppo ha così indagato l’evoluzione nella distribuzione di materia oscura, sia per via teorica sia osservativa, dal Big Bang a oggi tra alcune nane sferoidali del Gruppo Locale, per prevedere la loro produzione di radiazione gamma riconducibile alle proprietà microscopiche delle particelle “oscure”.

Il team ha concluso che il segnale atteso dell’annichilazione della materia oscura è molto più debole rispetto alle stime precedenti. Dunque, la materia oscura è difficile da rilevare anche in un ambiente promettente come quello delle galassie nane satelliti della Via Lattea. Anche i raggi gamma da annichilazione non si sono comportati come atteso, anche se rimangono l’unico meccanismo per spiegare un altro enigma astrofisico, cioè l’eccesso di raggi gamma rilevati nel centro della nostra Galassia.

Questo nuovo dato si affianca ad altri che di recente sembrano confermare una revisione sia dei modelli che di strategia nella ricerca.

In figura, la galassia nana dello Scultore: a sinistra un’immagine ottica di Giuseppe Donatiello, e destra una immagine nei raggi gamma del satellite Fermi.

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