I fisici hanno cercato a lungo di sgombrare la materia oscura e dare uno sguardo reale alla misteriosa sostanza che costituisce un quarto dell'universo. Un'idea per cosa si nasconde sotto il mantello dell'invisibilità? Molte particelle piccole e sfocate che si comportano come una particella gigantesca.
Ma la più recente caccia a particelle così sfocate e ultraleggere, pubblicata il 28 febbraio sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, è nata a mani vuote.
I risultati suggeriscono che se la materia oscura è davvero fatta di queste particelle minuscole, è sfuggente come suggerisce il nome e interagisce a malapena con la materia ordinaria.
Cuore di tenebra
La materia oscura è uno dei segreti meglio custoditi dell'universo. Il materiale non interagisce con la luce, tuttavia esercita una forza gravitazionale su altra materia. Sebbene rappresenti circa un quarto della massa e dell'energia nell'universo, gli scienziati non riescono a trovarlo o nemmeno a capire di cosa è fatto.
Molti scienziati ipotizzano che la materia oscura possa essere composta da particelle voluminose che interagiscono debolmente, WIMP. Ma le teorie del WIMP sono brevi in vari modi. Ad esempio, queste particelle dovrebbero causare piccole strutture nella rete di galassie che gli astronomi non hanno visto. Quindi, invece, alcuni scienziati stanno cercando in un'altra direzione la materia oscura: le particelle ultraleggere.
Mentre ci sono molte idee su quale potrebbe essere la materia oscura, nessuna di esse ha molte prove a sostegno, ha affermato Sergey Troitsky, coautore del documento e ricercatore presso l'Istituto di ricerca nucleare dell'Accademia delle scienze russa. "Quindi bisogna considerare, studiare ed escludere tutte le possibilità una per una".
Alcune teorie dell'ultraleggero, noto anche come materia oscura sfocata, propongono una particella che è circa 10 ^ 28 volte più leggera di un elettrone. Questa materia oscura "sfocata" è così chiamata perché la sua bassa massa significa che si comporta più come una particella imbrattata di sfocata confini di un'onda. La nuova ricerca ha testato un modo per cercare questi tipi di particelle nella luce da galassie attive.
Poiché la materia oscura costituisce una porzione così grande dell'universo, se è costituita da particelle ultraleggere, devono essercene molte. Tanti, infatti, che esisterebbero in uno stato unico, come un campo o un condensato di Bose-Einstein - uno stato in cui le particelle, spesso a temperature ultra-fredde, si aggregano e agiscono in modo coesivo come una cosa sola. Mentre le singole particelle di materia oscura non interagiscono con la luce - motivo per cui gli scienziati hanno faticato a trovarle - su larga scala, il campo avrebbe un notevole effetto sulla polarizzazione o sull'orientamento della luce mentre oscilla nello spazio. Ciò si verificherebbe quando la densità del campo oscilla regolarmente, cambiando in effetti il modo in cui la luce viaggiava attraverso la regione.
La teoria suggeriva che questo effetto potesse essere visto in una regione di materia oscura di almeno 325 anni luce. La velocità di oscillazione del campo dipende direttamente dalla massa delle particelle di materia oscura ultraleggera, quindi vedendo questo effetto gli scienziati speravano di poter misurare la massa di materia oscura.
Per cercare i cambiamenti nella polarizzazione della luce dovuti a campi di materia oscura ultraleggera, gli scienziati hanno esaminato i dati di archivio dell'Array di base molto lungo, un radiotelescopio composto da 10 (82 piedi) (25 metri) telescopi gestiti da Socorro, Nuovo Messico. Si sono concentrati sulla luce proveniente dai cuori di 30 galassie, che emettono enormi quantità di materia in getti che possono estendersi per centinaia di anni luce. La luce di queste galassie è altamente polarizzata ed è stata ben studiata, quindi i dati archivistici a lungo termine su di loro erano già disponibili.
"Usiamo spesso dati astrofisici da articoli pubblicati o database disponibili pubblicamente per limitare le proprietà delle particelle elementari", ha detto Troitsky a Live Science. "Ma questa volta abbiamo contattato i nostri colleghi radioastronomi e hanno scavato nei propri dati, selezionando con cura le serie di osservazioni solo per il nostro compito."
Analizzando due decenni di dati, gli scienziati hanno scoperto molte oscillazioni, ma non i tipi che stavano cercando. I nuclei galattici attivi pulsano spesso senza una frequenza regolare. Ma le oscillazioni della materia oscura ultraleggera si verificano tutte con lo stesso intervallo di tempo tra le oscillazioni.
Alla fine, gli scienziati non hanno visto alcun segno di materia oscura ultraleggera, almeno ai tipi di masse che potrebbero spiegare la mancanza di piccole strutture trovate nella rete di galassie. Tuttavia, ciò non significa che non esistano assolutamente.
"Non vi è alcuna garanzia che abbia una particella di materia oscura qualunque interazione con il mondo visibile oltre alla gravità ", ha detto Troitsky." Sarebbe molto difficile scoprire una tale particella con una certa massa e nessun'altra interazione, sebbene questa sia davvero una delle opzioni più semplici per spiegare la materia oscura ".
Mentre la nuova ricerca potrebbe rendere improbabile la materia oscura ultraleggera convenzionale, i ricercatori non sono pronti a escluderla.
"L'unica cosa che sappiamo per certo sulla materia oscura è che si trova al di fuori della fisica delle particelle nota", ha detto Rennan Barkana, un astronomo dell'Università di Tel Aviv in Israele, che non era coinvolto nello studio. "Quindi, fino a quando non avremo prove osservative convincenti della natura della materia oscura, dovremmo stare attenti alle ipotesi e alle speculazioni ... e mantenere una mente aperta."
