Una nuova ricerca suggerisce che la materia oscura, la sostanza misteriosa che costituisce un quarto della massa e dell'energia dell'universo, potrebbe essere formata da particelle estremamente piccole e leggere. Questa forma "sfocata" di materia oscura, chiamata così, poiché le lunghezze d'onda di queste particelle minuscole sarebbero sparse su un'area colossalmente enorme, avrebbe alterato il corso della storia cosmica e creato filamenti lunghi e sottili al posto delle galassie ammuffite nell'universo primordiale, secondo le simulazioni.
I risultati hanno conseguenze osservative: i prossimi telescopi saranno in grado di guardare indietro a questo primo periodo di tempo e potenzialmente distinguere tra diversi tipi di materia oscura, consentendo ai fisici di comprenderne meglio le proprietà.
La materia oscura è una sostanza massiccia sconosciuta trovata in tutto il cosmo. Non emette luce - da qui il nome materia oscura - ma i suoi effetti gravitazionali aiutano a legare ammassi galattici e fanno ruotare le stelle ai bordi delle galassie più velocemente di quanto farebbero altrimenti. Molti scienziati ritengono che la maggior parte della materia oscura sia fredda, il che significa che si muove relativamente lentamente. Ma ci sono idee completamente diverse, come la possibilità che sia minuscola e sfocata, il che significa che si muoverà rapidamente perché è così leggero.
"Le nostre simulazioni mostrano che le prime galassie e le stelle che si formano sembrano molto diverse in un universo con materia oscura sfocata rispetto a un universo che ha materia oscura fredda", Lachlan Lancaster, uno studente laureato in astrofisica alla Princeton University e coautore di un nuovo documento nella rivista Physical Review Letters, ha dichiarato a Live Science.
Lancaster ha spiegato che le speculazioni più comuni sulla materia oscura suggeriscono che sia composta da particelle voluminose (WIMP) debolmente interattive, che avrebbero poche decine o centinaia di volte la massa di un protone. Le simulazioni che utilizzano questo tipo di materia oscura sono estremamente efficaci nel ricreare la struttura su larga scala dell'universo, compresi i vasti vuoti dello spazio vuoto circondati da lunghi filamenti di gas e polvere, una formazione nota come rete cosmica. Ma su scale più piccole, tali modelli contengono una serie di discrepanze rispetto a ciò che gli astronomi osservano con i loro telescopi. In questa visione standard, la materia oscura dovrebbe accumularsi nei centri delle galassie, ma nessuno l'ha mai vista farlo.
La materia oscura sfocata, al contrario, sarebbe una luce da capogiro, forse un miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di massa di un elettrone, secondo una dichiarazione del MIT. La meccanica quantistica afferma che le particelle possono anche essere pensate come onde, con lunghezze d'onda inversamente proporzionali alla loro massa, ha detto Lancaster. Quindi la lunghezza d'onda di una tale particella di luce sarebbe lunga migliaia di anni luce.
La materia oscura sfocata avrebbe quindi un momento più difficile raggrupparsi insieme rispetto alla materia oscura fredda, WIMP. Nelle simulazioni, Lancaster e i suoi coautori hanno mostrato che un freddo universo di materia oscura avrebbe avuto galassie che si formavano relativamente rapidamente da aloni sferici.
Ma la materia oscura sfocata si fonderebbe invece in lunghe e sottili fili di materiale - "filamenti più giganteschi che galassie disordinate", ha detto Lancaster - e le galassie sarebbero nate più grandi e successive. La materia oscura avrebbe anche un momento più difficile accumularsi nei centri delle galassie, spiegando potenzialmente perché gli astronomi non osservano questa aggregazione quando guardano le galassie.
Strumenti come il Large Synoptic Survey Telescope (LSST) in Cile e telescopi di classe 30 metri in costruzione in tutto il mondo saranno presto in grado di guardare indietro ad alcuni dei primi giorni dell'universo. Si prevede che inizieranno a raccogliere dati nel prossimo decennio, il che significa che "inizieremo a vedere gli effetti della materia oscura sfocata o inizieremo a escluderli", ha detto Lancaster.
Sebbene altri ricercatori abbiano speculato sulla materia oscura sfocata, le nuove simulazioni svolgono un lavoro più attento nell'elaborare i suoi effetti cosmologici, ha detto Jeremiah Ostriker, un astrofisico della Columbia University che non era coinvolto nel lavoro.
"Questo aiuta a delineare i dettagli di quale sarebbe la formazione della struttura in questa teoria delle varianti", ha aggiunto OStriker. "Ed è una delle teorie sulle varianti più interessanti in circolazione."
Lancaster ha affermato che le future simulazioni del suo team potrebbero concentrarsi sulla cattura di maggiori dettagli sugli effetti della materia oscura sfocata, dando potenzialmente agli astronomi un'idea migliore di ciò che potrebbero aspettarsi di vedere attraverso i loro telescopi.
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