A caccia di materia oscura con i paleo-rivelatori

Cristalli di Epsomite. Crediti: Baguenaudes

Le ricerche delle cosiddette Wimp (Weakly Interacting Massive Particles) – le presunte particelle di materia oscura restie a interagire con alcunché – che si sono concentrate sul trovare il “segnale di rinculo” delle particelle quando colpiscono il rivelatore non hanno finora fornito alcuna prova della loro esistenza.

Negli anni ’90, alcuni ricercatori proposero un metodo alternativo per la ricerca delle Wimp, basato sull’analisi di rocce antiche, che potrebbero racchiudere la firma della materia oscura sotto forma di tracce di dimensioni nanometriche lasciate sulla roccia dalle passate interazioni con le presunte particelle esotiche. Le ricerche su questi cosiddetti fossili di materia oscura non hanno trovato nulla, ma ora un gruppo di ricerca suggerisce che i progressi fatti nell’analisi dei materiali potrebbero garantire una sensibilità superiore a quella ottenibile con i metodi di ricerca convenzionali. I ricercatori stimano che un centimetro cubo di alcuni minerali provenienti da perforazioni profonde decine di chilometri potrebbe contenere da centinaia a migliaia di tracce indotte dalla materia oscura, attualmente rilevabili attraverso esperimenti di microscopia e di diffusione dei raggi X. Un’impresa del genere, negli anni ’90 sarebbe stata impossibile. continua ...

Materia oscura in movimento

La formazione di stelle in piccole galassie nane può lentamente “riscaldare” la materia oscura, spingendola verso l’esterno. L’immagine a sinistra mostra la densità del gas idrogeno di una galassia nana simulata, vista dall’alto. L’immagine a destra mostra la stessa cosa per una reale galassia nana, IC 1613. Nella simulazione, il continuo afflusso e deflusso del gas fanno fluttuare la forza del campo gravitazionale al centro della galassia nana. La materia oscura risponde a questa variazione della gravità migrando dal centro della galassia verso l’esterno, con un effetto noto come “riscaldamento della materia oscura”. Crediti: J. Read et al. continua ...

C’è energia oscura nella teoria delle stringhe

Secondo il modello proposto nello studio, l’universo si troverebbe incastonato lungo i margini d’una bolla che si sta espandendo in uno spazio a cinque dimensioni. E tutta la materia esistente nell’universo corrisponderebbe alle estremità di stringhe che si estendono nella dimensione extra. Crediti: Suvendu Giri

Avete presente l’energia oscura? Secondo il modello cosmologico standard, è una misteriosa forma di energia che costituisce grosso modo il 70 per cento dell’universo, ed è responsabile della sua espansione accelerata. Sui suoi effetti sembrano esserci ormai pochi dubbi: sono stati osservati e misurati in più modi, uno dei quali – lo studio delle supernove – è già valso un premio Nobel. Ma sulla sua natura è buio fitto. Che cos’è, esattamente? Da dove arriva? Molti modelli la ricollegano alla costante cosmologica – la lettera lambda del modello cosmologico standard, Lambda-Cdm, già presente nelle equazioni di Einstein – e arrivano a rintracciarne l’origine in un fenomeno quantistico come quello dell’energia del vuoto. continua ...

Materia oscura? È là dove stelle si vanno a posare

Luce intracluster nel cluster Abell S1063. Crediti: Nasa/Esa/Hubble Space Telescope

In un articolo pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society vengono esposti i risultati di uno studio realizzato grazie ai dati raccolti dal telescopio spaziale Hubble della Nasa/Esa nell’ambito del programma Frontier Fields. I dati sono stati letti applicando un metodo che gli autori dello studio hanno definito “rivoluzionario”, perché permetterebbe di rilevare la materia oscura presente negli ammassi di galassie in modo più preciso rispetto a qualunque altro metodo a oggi noto. Un metodo che potrà, dunque, aiutarci ad esplorare la sua natura misteriosa. continua ...

A caccia della “forza oscura” nell’anello di Lhc

Caterina Doglioni, ricercatrice alla Lund University (Svezia) e responsabile di DarkJets, un progetto europeo per cercare indizi di materia oscura nei dati prodotti dall’esperimento Atlas al Cern. Crediti: Lena Björk Blixt

Raggiungiamo Caterina ad Amburgo, ma da tre anni vive a Lund, in Svezia. Nata a Feltre, in provincia di Belluno, laurea a Roma grazie a una borsa di studio dei Cavalieri del lavoro, poi dottorato a Oxford. «Ci sono finita per amore», confida a Media Inaf, «un ragazzo dell’Irlanda del Nord conosciuto durante una summer school al Cern, all’ultimo anno di università. Era lì come summer student anche lui, era intenzionato a fare domanda per il dottorato a Oxford, e io ho fatto lo stesso. Mi è andata bene, mi hanno preso». E l’amore irlandese? «È andata bene anche con lui: ci siamo sposati. In Italia», ci tiene a sottolineare. Poi di nuovo Ginevra per il postdoc, e infine la Svezia, nei luoghi della serie poliziesca The Bridge. «È girata proprio vicino a dove abito io, però è un posto tranquillissimo», garantisce, «ci sono molti più omicidi nella serie!». continua ...

Rugiada di materia oscura negli aloni galattici

A sinistra il momento iniziale, quando il gas è mescolato; a destra, un istante appena successivo alla formazione di una stella di Bose. Il colore indica la densità, da scarsa a densa: bianco, blu, verde, giallo. Crediti: Dmitry Levkov

Un gruppo di scienziati dell’Istituto per la ricerca nucleare dell’Accademia delle scienze russa, guidato da Dmitry Levkov, ha sviluppato un modello matematico che descrive il moto delle particelle di materia oscura all’interno dei più piccoli aloni galattici, osservando che con il tempo la materia oscura può formare goccioline sferiche di un particolare stato della materia, noto come condensato di Bose-Einstein. Si credeva impossibile, poiché le fluttuazioni del campo gravitazionale prodotto dalle particelle di materia oscura venivano solitamente trascurate. continua ...

Oscura, ma necessaria

«Comprendere perché l’espansione dell’universo stia oggi accelerando è probabilmente la domanda più affascinante della cosmologia moderna». Ad affermarlo è Luigi Guzzo, professore ordinario di cosmologia dell’Università Statale di Milano (e ricercatore associato dell’Inaf e Infn) e co-autore di un articolo che esce oggi sulla rivista Nature Astronomy. La ricerca va a testare le due possibili origini dell’accelerazione:  nello scenario standard questa richiede l’aggiunta della cosiddetta energia oscura nelle equazioni di Einstein, ma in una visione più ampia potrebbe indicare una possibile incompletezza della teoria della Relatività Generale, più precisamente di un “difetto” nella sua applicazione su scala cosmologica. continua ...

Caccia con l’arco alla materia oscura

La radiosorgente MG J0751+2716 appare come due archi a causa della distorsione di gravità della galassia in primo piano. L’immagine è stata ottenuta utilizzando una rete globale di radiotelescopi in modalità Vlbi. Crediti: C. Spingola / Astrono e Kapteyn Astronomical Institute

Ha un nome impossibile: MG J0751+2716. Si trova a una distanza impossibile: per giungere fino a noi, la sua luce ha viaggiato 11.7 miliardi di anni. E ha consentito agli astronomi di “vedere” una cosa che è impossibile vedere: la materia oscura. In che modo? MG J0751+2716 è un buco nero che spara materia e radiazioni d’ogni sorta, onde radio comprese. Più o meno a metà strada fra lui e noi, a 3.9 miliardi di anni luce dalla Terra, c’è un gruppo di galassie formate per lo più di materia oscura. Ora, essendo proprio lì in mezzo, questo gruppo di galassie – come ci ha insegnato Einstein – agisce da lente gravitazionale: una “lente radio”, nel caso di questa osservazione, visto che a ricevere il segnale è stato uno spiegamento intercontinentale di radiotelescopi: la European Vlbi Network, il Very Long Baseline Array americano e il Green Bank Telescope, anch’esso negli Stati Uniti. continua ...

Materia oscura, la gravità modificata non basta

Ngc 55, una delle galassie utilizzate nello studio. Crediti: Eso

La materia oscura è uno dei grandi misteri della cosmologia. Anche se non siamo in grado di vederla direttamente, la sua esistenza è indirettamente confermata dagli effetti gravitazionali che essa ha sulla materia comune, evidenziati da osservazioni che si estendono dalla scala galattica alle scale cosmologiche. Su scala galattica essa è necessaria, ad esempio, per spiegare correttamente il movimento delle stelle e del gas nelle galassie. Le materia visibile contenuta nelle galassie non è in grado di generare un’attrazione gravitazionale sufficiente a spiegare il movimento stellare e del gas. La soluzione solitamente proposta è l’esistenza di una materia invisibile, costituita da particelle: la fantomatica materia oscura, per la prima volta discussa in uno studio di Ernst Öpik nel 1915. La materia oscura è necessaria anche per spiegare la crescita delle strutture cosmiche, in particolare le piccole “anisotropie” in temperatura (ovvero differenze nella temperatura misurata nelle diverse direzioni) della radiazione cosmica di fondo alle microonde dalle quali si deduce che, in media, la materia oscura è circa 5 volte più abbondante della materia ordinaria. continua ...

Non serve materia oscura per le galassie nane

Illustrazione di alcune galassie nane scoperte recentemente nei dintorni della Via Lattea. Crediti: V. Belokurov and S. Koposov, IoA, Cambridge; Y. Beletsky, Carnegie Observatories

Non ci sarebbe bisogno di introdurre il contributo della materia oscura per spiegare la dinamica delle galassie nane che si trovano in prossimità della Via Lattea. Questo in sintesi il risultato di un nuovo studio appena pubblicato su Astrophysical Journal a cura di ricercatori dell’Osservatorio di Parigi, del Cnrs francese e dell’Osservatorio astronomico nazionale cinese. continua ...

Materia oscura, i nuovi dati di Xenon1T

Una fase della costruzione di Xenon1T. Crediti: Infn

L’esperimento Xenon1T, per la ricerca diretta di materia oscura ai Laboratori nazionali del Gran Sasso (Lngs) dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), ha presentato ieri, lunedì 28 maggio, i suoi nuovi risultati. «I dati osservati dall’esperimento – spiega Elena Aprile della Columbia University, a capo della collaborazione Xenon – sono in accordo con le previsioni del piccolo fondo atteso, vale a dire quegli eventi simili a un’interazione di particelle di materia oscura ma dovuti invece a particelle di natura nota, che dobbiamo essere in grado di riconoscere. Questo risultato – prosegue Aprile – permette di fissare un nuovo limite, più stringente, alle possibili interazioni con la materia ordinaria per le Wimp, la classe di candidati di particelle di materia oscura che ricerchiamo con il nostro esperimento». continua ...

Nella luce della materia oscura

L’ooservatorio per raggi X Chandra. Crediti: Nasa

È stato accettato per la pubblicazione nella rivista The Astrophysical Journal lo studio guidato dall’astrofisico italiano Nico Cappelluti, attualmente ricercatore all’Università di Miami (Usa), su un possibile rilevazione del neutrino sterile, un ipotetico prodotto del decadimento della materia oscura.

Siccome l’anteprima dell’articolo scientifico aveva suscitato un notevole interesse, Media Inaf aveva già intervistato Cappelluti sull’argomento. Ora che il nuovo studio ha superato tutti i passaggi di revisione prima di essere mandato alle stampe, riassumiamo brevemente di cosa si tratta, visto che potrebbe essere una delle più importanti scoperte del secolo. continua ...

A caccia di materia oscura nelle galassie nane

Nonostante la materia oscura rappresenti la maggior parte della massa dell’universo, continua ancora oggi a essere sfuggente. A seconda delle sue proprietà, potrebbe trovarsi densamente concentrata al centro delle galassie o distribuita in modo regolare su scale più grandi. Confrontando la distribuzione della materia oscura nelle galassie con quella prevista da modelli dettagliati, i ricercatori sono in grado di confermare o escludere i vari possibili candidati della materia oscura. In questo contesto, un team di ricercatori dell’Università del Surrey e dell’Università di Edimburgo – guidato dall’astrofisico Filippo Contenta, originario di Frascati – hanno sviluppato un nuovo metodo per misurare la quantità di materia oscura al centro di piccole galassie nane. I risultati sono stati pubblicati su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. continua ...

Un calamaro alla ricerca della materia oscura

Il piccolo quadratino che compone il dispositivo Squid. Credits: Sean O’Kelley

Macho, smidollati e calamari. Negli anni diversi candidati dagli acronimi bizzarri si sono fatti avanti per provare a svelare il mistero della materia oscura e sono stati man mano scartati. Ci sono i Macho (MAssive Compact Halo Object, oggetto compatto massiccio d’alone), corpi celesti massicci presenti ai confini delle galassie, nei cosiddetti “aloni”, con una luminosità ridotta. Oppure le Wimp (Weakly Interacting Massive Particle, particelle massive debolmente interagenti), termine che potrebbe essere tradotto in italiano come “smidollato”, particelle ipotetiche mai osservate. Ad aggiungersi all’elenco, nel progetto Admx (Axion Dark Matter Experiment) dell’Università di Washington, questa volta non come candidato ma come strumento per individuarne uno, è arrivato Squid (superconducting quantum interference devices): nella tradizione di strani acronimi, traducibile con “calamaro”. continua ...

Contrordine, la materia oscura non interagisce

Le quattro galassie centrali nel cuore dell’ammasso Abell 3827 viste in una gamma ampia di lunghezze d’onda, tra cui l’imaging in ultravioletto con il telescopio spaziale Hubble (mostrato in blu) e l’imaging di Almaa lunghezze d’onda submillimetriche (indicate come linee di contorno rosse). A queste ultime lunghezze d’onda, l’ammasso in primo piano diventa quasi trasparente, consentendo di vedere più chiaramente la galassia sullo sfondo. Ciò rende più facile apprezzarne la distorsione rispetto alle precedenti osservazioni condotte con il solo Hubble. Crediti: Nasa/Esa/Eso/Richard Massey (Durham University) continua ...