I raggi gamma - la luce più luminosa e potente dell'universo - navigano attraverso il cielo invisibili agli occhi umani. Queste esplosioni di radiazione eccezionalmente energiche scaturiscono da esplosioni di supernova, provocano lo scontro di stelle di neutroni e si diffondono dai buchi neri più affamati.
Quando gli astronomi possono catturarli con i telescopi a raggi gamma, questi fuochi d'artificio invisibili puntano verso alcune delle strutture più esplosive dell'universo. Ora, un team internazionale di ricercatori spera che quei raggi onnipotenti possano anche portare a qualcosa di molto più strano e più sfuggente: la sostanza invisibile nota come materia oscura.
In un nuovo studio accettato per la pubblicazione sulla rivista Physical Review Letters e dettagliato nel database di prestampa arXiv, i ricercatori hanno esaminato quello che chiamano "lo sfondo di raggi gamma non risolto", ovvero tutti i deboli e misteriosi raggi gamma segnali che vengono lasciati dopo fonti conosciute come buchi neri e supernova. Quando il team ha confrontato una mappa di raggi gamma non risolti con una mappa della densità della materia nella stessa sezione dell'universo, hanno scoperto che i raggi si allineavano esattamente con le aree gravitazionali di massa in cui si prevedeva che la materia oscura si nascondesse.
Secondo il co-autore dello studio Daniel Gruen, questa correlazione suggerisce che la materia oscura potrebbe essere in gran parte responsabile del debole raggio di raggi gamma dell'universo. In tal caso, potrebbe fornire agli astronomi alcuni indizi vitali sulle proprietà della sostanza misteriosa.
"La materia oscura potrebbe decadere come un nucleo radioattivo, producendo così i raggi gamma", ha detto a Live Science Gruen, un astrofisico del Laboratorio nazionale acceleratore SLAC del Dipartimento dell'Energia presso la Stanford University in California. "O forse più particelle di materia oscura si stanno scontrando, producendo raggi gamma mentre interagiscono."
Increspature nel buio
Si pensa che la materia oscura costituisca circa l'85% della massa dell'universo, anche se i ricercatori non sono ancora sicuri di cosa o dove si trovi. Totalmente invisibile ai moderni strumenti scientifici, il materiale non è mai stato rilevato con successo.
"Conosciamo alcune delle proprietà della materia oscura", ha detto Gruen. "Sappiamo che è molto comune e sappiamo che ha una massa che interagisce gravitazionalmente con l'altra massa".
In altre parole, anche se la materia oscura è invisibile, ha un impatto visibile sull'universo attraverso la sua potente gravità. Uno di questi impatti è noto come lente gravitazionale - essenzialmente, come la luce proveniente da galassie distanti viene deformata dalla gravità degli oggetti enormi che passa sulla sua strada verso la Terra.
Per il nuovo studio, i ricercatori hanno esaminato una mappa di lenti gravitazionali in una particolare porzione dell'universo, compilata da un progetto chiamato Dark Energy Survey (DES). Montata su un telescopio gigante in Cile, la telecamera dedicata al sondaggio ha trascorso un anno a scattare immagini ad alta definizione di centinaia di milioni di galassie, concentrandosi su dove la luce lontana è più deformata da sacche di gravità intensa. Mentre alcune delle regioni più massicce sulla mappa risultante corrispondono a galassie conosciute, altre tasche pesanti probabilmente mostrano l'influenza nascosta della materia oscura al lavoro, Gruen ha detto.
Per comprendere meglio come potrebbe apparire quell'influenza, i ricercatori hanno confrontato questa mappa di massa con una mappa delle emissioni di raggi gamma rilevate nella stessa regione dal telescopio a raggi gamma Fermi della NASA negli ultimi nove anni. Utilizzando un modello matematico, il team ha rimosso tutte le radiazioni che potevano essere definitivamente legate a fonti "banali" come buchi neri e supernova, in base alla loro produzione di energia, distanza e vari altri fattori.
Ora, rimasto solo con le misteriose fonti "irrisolte" di raggi gamma, il team ha confrontato entrambe le mappe. Hanno visto una chiara sovrapposizione tra regioni ad alta radiazione di raggi gamma e regioni con molta massa.
"Questo è il primo studio in cui siamo sicuri che, dove ci sono molti raggi gamma, c'è anche molta materia oscura", ha detto Gruen.
Se la materia oscura sta davvero emettendo raggi gamma, ciò potrebbe restringere notevolmente il modo in cui viene rilevato e di cosa è effettivamente fatto. Tuttavia, è ancora possibile che il debole sfondo dei raggi gamma sulla mappa di Fermi non abbia nulla a che fare con la materia oscura, ha detto Gruen. Il modello matematico utilizzato dai ricercatori per eliminare quelle fonti "banali" di emissioni di raggi gamma (come i buchi neri) si basa su alcune ipotesi sulle proprietà di quegli oggetti. Se tali assunzioni sono errate, i buchi neri distanti potrebbero essere responsabili molto più del misterioso sfondo di raggi gamma di cui i ricercatori hanno spiegato.
"Forse quel modello è incompleto e forse stiamo davvero imparando qualcosa su questi buchi neri che emettono raggi gamma", ha detto Gruen. "Forse, questi buchi neri vivono in galassie più enormi di quanto pensassimo."
Maggiori dati sia sui raggi gamma che sul cristallino gravitazionale aiuteranno il team a perfezionare il proprio modello e a interpretare meglio le proprie mappe dell'universo. Dalla conclusione dello studio, il DES ha raccolto sei volte più informazioni sulla distribuzione di massa dell'universo e il satellite FERMI rimane uno dei molti telescopi che seguono le esplosioni di raggi gamma. Uno studio di follow-up che mostra risultati ancora più chiari dovrebbe seguire nei prossimi anni, ha affermato Gruen.
