Un astrofisico dell'Università del Colorado Boulder sta cercando la luce proveniente da un lontano, e oggetto celeste estremamente potente, per quella che potrebbe essere la sostanza più sfuggente dell'universo:la materia oscura.

In due recenti studi, Jeremy tesoro, un professore del Dipartimento di Scienze Astrofisiche e Planetarie, ha esaminato approfonditamente PSR J1745-2900. Questo corpo è un magnetar, o un tipo di stella collassata che genera un campo magnetico incredibilmente forte.

"È il miglior rivelatore di materia oscura naturale che conosciamo, " ha detto tesoro, anche del Centro di Astrofisica e Astronomia Spaziale (CASA) presso CU Boulder.

Ha spiegato che la materia oscura è una sorta di colla cosmica, una particella non ancora identificata che costituisce circa il 27% della massa dell'universo e aiuta a legare insieme le galassie come la nostra Via Lattea. Ad oggi, gli scienziati hanno principalmente condotto la caccia a questa materia invisibile utilizzando apparecchiature di laboratorio.

Darling ha adottato un approccio diverso nella sua ultima ricerca:attingendo ai dati del telescopio, sta scrutando PSR J1745-2900 per vedere se è in grado di rilevare i deboli segnali di un candidato per la materia oscura, una particella chiamata assione, che si trasforma in luce. Finora, la ricerca dello scienziato è risultata vuota. Ma i suoi risultati potrebbero aiutare i fisici che lavorano nei laboratori di tutto il mondo a restringere le proprie ricerche per l'assione.

I nuovi studi ci ricordano anche che i ricercatori possono ancora guardare al cielo per risolvere alcune delle domande più difficili della scienza, ha detto tesoro. Ha pubblicato il suo primo round di risultati questo mese nel Lettere per riviste astrofisiche e Lettere di revisione fisica .

"In astrofisica, troviamo tutti questi problemi interessanti come la materia oscura e l'energia oscura, poi facciamo un passo indietro e lasciamo che siano i fisici a risolverli, " ha detto. "È un peccato."

Esperimento naturale

Darling vuole cambiarlo, in questo caso, con un piccolo aiuto da PSR J1745-2900.

Questa magnetar orbita intorno al buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea da una distanza di meno di un anno luce. Ed è una forza della natura:PSR J1745-2900 genera un campo magnetico che è circa un miliardo di volte più potente del magnete più potente sulla Terra.

"I magneti hanno tutto il campo magnetico che ha una stella, ma è stato frantumato in un'area di circa 20 chilometri di diametro, " ha detto tesoro.

Ed è lì che Darling è andato a pescare la materia oscura.

Ha spiegato che gli scienziati devono ancora individuare un singolo assione, una particella teorica proposta per la prima volta negli anni '70. fisici, però, prevedere che questi frammenti effimeri di materia potrebbero essere stati creati in numero monumentale durante i primi anni di vita dell'universo e in quantità abbastanza grandi da spiegare la massa extra del cosmo dalla materia oscura. Secondo la teoria, gli assioni sono miliardi o addirittura trilioni di volte più leggeri degli elettroni e interagirebbero solo raramente con l'ambiente circostante.

Ciò li rende quasi impossibili da osservare, con una grande eccezione:se un assione passa attraverso un forte campo magnetico, può trasformare in luce che i ricercatori potrebbero, teoricamente, rilevare.

Scienziati, incluso un team di JILA nel campus CU Boulder, hanno utilizzato campi magnetici generati in laboratorio per cercare di catturare quella transizione in azione. Darling e altri scienziati avevano un'idea diversa:perché non provare la stessa ricerca ma su una scala molto più ampia?

"I magneti sono gli oggetti più magnetici che conosciamo nell'universo, " ha detto. "Non c'è modo potremmo avvicinarci a quella forza in laboratorio."

restringendo in

Per utilizzare quel campo magnetico naturale, Darling ha attinto alle osservazioni di PSR J1745-2900 prese dal Very Large Array di Karl G. Jansky, un osservatorio nel New Mexico. Se la magnetar fosse, infatti, trasformando le assioni in luce, quella metamorfosi potrebbe manifestarsi nella radiazione che emerge dalla stella collassata.

Lo sforzo è un po' come cercare un solo ago in un vero, pagliaio davvero grande. Darling ha detto che mentre i teorici hanno posto dei limiti su quanto possano essere pesanti gli assioni, queste particelle potrebbero ancora avere una vasta gamma di possibili masse. Ognuna di quelle masse, a sua volta, produrrebbe luce con una lunghezza d'onda specifica, quasi come un'impronta digitale lasciata dalla materia oscura.

Darling non ha ancora individuato nessuna di quelle lunghezze d'onda distinte nella luce proveniente dalla magnetar. Ma è stato in grado di utilizzare le osservazioni per sondare la possibile esistenza di assioni attraverso la più ampia gamma di masse finora, non male per il suo primo tentativo. Ha aggiunto che tali indagini possono integrare il lavoro svolto negli esperimenti basati sulla Terra.

Konrad Lehnert era d'accordo. Fa parte di un esperimento condotto dalla Yale University, chiamato, non sorprendentemente, HAYSTAC, ovvero la ricerca di assioni utilizzando campi magnetici creati nei laboratori di tutto il paese.

Lehnert ha spiegato che studi astrofisici come quello di Darling potrebbero agire come una sorta di scout nella caccia agli assioni, identificando segnali interessanti alla luce delle magnetar, in cui i ricercatori di laboratorio potrebbero quindi scavare con una precisione molto maggiore.

"Questi esperimenti ben controllati sarebbero in grado di individuare quale dei segnali astrofisici potrebbe avere un'origine di materia oscura, " disse Lehnert, un compagno di JILA, un istituto di ricerca congiunto tra CU Boulder e il National Institute of Standards and Technology (NIST).

Darling ha intenzione di continuare la sua ricerca, il che significa guardare ancora più da vicino la magnetar al centro della nostra galassia:"Dobbiamo colmare queste lacune e andare ancora più in profondità".