La materia oscura, la roba che si ipotizza possa costituire circa un quarto dell'universo ma non sembra interagire affatto con la luce, potrebbe avere una piccola carica elettrica, secondo un nuovo studio.
Finora, la materia oscura ha reso nota la sua presenza solo attraverso la gravità, tirando su stelle e galassie. Ma ora, gli astrofisici Julian Muñoz e Abraham Loeb dell'Università di Harvard suggeriscono che una piccola frazione di particelle di materia oscura potrebbe avere una piccola carica elettrica, il che significa che la materia oscura potrebbe interagire con la materia normale attraverso la forza elettromagnetica.
Se fosse vera, questa idea non solo rappresenterebbe un grande passo nella comprensione della materia oscura, ma spiegherebbe anche un mistero recente che ha confuso i cosmologi.
Raffreddamento curioso
A febbraio, gli astronomi hanno annunciato il primo rilevamento di un segnale inafferrabile da idrogeno gassoso dall'alba cosmica, il periodo di circa 180 milioni di anni dopo il Big Bang, quando le prime stelle iniziarono a brillare. In quel momento, il gas idrogeno che fluttuava tra le stelle era freddo - più freddo del fondo cosmico a microonde, la radiazione rimanente del Big Bang che bagna l'universo.
Poiché l'idrogeno è più freddo di questo bagliore, il gas assorbe la radiazione - in particolare, la radiazione con una lunghezza d'onda di 21 centimetri (8,3 pollici). Misurando l'assorbimento delle radiazioni da parte dell'idrogeno, gli astronomi possono comprendere meglio l'alba cosmica, un'era relativamente sconosciuta della storia cosmica. Utilizzando un'antenna radio nell'Australia occidentale chiamata Experiment to Detect the Global Epoch of Reionization Signature (EDGES), un team di astronomi è stato in grado di rilevare questo assorbimento per la prima volta.
"Questa è, di per sé, una straordinaria scoperta scientifica", ha detto Muñoz a Live Science. Ma più di questo, ha aggiunto, gli astronomi hanno scoperto che l'idrogeno era assorbito il doppio del numero di fotoni del previsto. Perché il gas assorba tanta radiazione, dovrebbe essere anche più freddo di quanto gli scienziati pensassero.
Muñoz e Loeb hanno proposto che la materia oscura potrebbe essere il colpevole del curioso raffreddamento. In un articolo pubblicato il 30 maggio sulla rivista Nature, hanno scoperto che se meno dell'1 percento della materia oscura avesse circa un milionesimo della carica elettrica di un elettrone, questa materia inafferrabile potrebbe estrarre calore dall'idrogeno - simile a come i cubetti di ghiaccio raffreddano la tua limonata. "Il ghiaccio, qui, è la materia oscura", ha detto Muñoz.
La loro idea non è completamente nuova. Decenni fa, i fisici hanno proposto che le particelle di materia oscura potrebbero avere una carica elettrica.
E non è l'unica spiegazione per questo raffreddamento. In un articolo del 1 ° marzo sulla rivista Nature, Rennan Barkana, un cosmologo dell'Università di Tel Aviv in Israele, ha proposto che una forma più generale di materia oscura, che non ha necessariamente una carica, potrebbe raffreddare la materia normale e spiegare i dati EDGES .
Entrambe le proposte sulla materia oscura fanno previsioni simili, ha affermato Barkana, che non è stato coinvolto nel presente studio.
"Questo è il momento di un cauto ottimismo e di mantenere una mente aperta, sia sull'osservazione radio che sull'interpretazione", ha detto Barkana a Live Science.
Decine di idee
La materia oscura è solo una delle decine di idee proposte per spiegare l'anomalia. Ad esempio, invece che il gas sia più freddo, la radiazione di fondo potrebbe essere più calda del previsto, con alcuni processi esotici che producono più radiazioni che non sono state ancora prese in considerazione. Oppure, potrebbero semplicemente esserci errori nell'analisi o nella misurazione.
In effetti, l'osservazione EDGES è la prima nel suo genere e, sebbene il team abbia trascorso due anni a controllare e ricontrollare l'analisi, i ricercatori avranno bisogno di più dati per confermare i risultati sconcertanti.
"Se EDGES è corretto, non credo che ci sia una spiegazione convenzionale che sia convincente", ha dichiarato Steven Furlanetto, un astrofisico dell'Università della California, a Los Angeles, che non era coinvolto nello studio. "Devi davvero andare in uno di questi scenari di fisica non standard, e in quel caso, penso che sia completamente aperto."
Muñoz, tuttavia, è parziale alla spiegazione della materia oscura. "Se EDGES ha davvero ragione, sembra molto difficile che questo non sia il risultato della materia oscura", ha detto.
Numerosi strumenti in tutto il mondo si stanno già preparando per fare osservazioni più dettagliate. A differenza di EDGES, alcuni esperimenti, come un radiotelescopio in Sudafrica chiamato Hydrogen Epoch of Reionization Array, saranno in grado di misurare la variazione dell'assorbimento nel cielo. Se una piccola frazione della materia oscura viene caricata elettricamente come dicono Muñoz e Loeb, creerà un modello distinto in questa variazione, fornendo un test chiave per la materia oscura caricata elettricamente.
