Credito:NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill
Quindi vuoi trovare la materia oscura, ma non sai dove guardare Un pianeta gigante potrebbe essere esattamente il tipo di rivelatore di particelle di cui hai bisogno! Per fortuna, il nostro sistema solare ne ha solo un paio disponibili, e il più grande e vicino è Giove. I ricercatori Rebecca Leane (Stanford) e Tim Linden (Stoccolma) hanno pubblicato un articolo questa settimana che descrive come il gigante gassoso potrebbe contenere la chiave per trovare la sfuggente materia oscura.
La natura della materia oscura è uno dei più grandi misteri in corso in fisica in questo momento. Interagisce gravitazionalmente - possiamo vederlo tenere insieme galassie che altrimenti si disperderebbero - ma non sembra interagire con la materia normale in altri modi.
Le teorie più popolari postulano che la materia oscura sia un tipo di particella che è troppo piccola o che interagisce troppo debolmente per essere facilmente osservata. Sono stati allestiti acceleratori di particelle ed esperimenti di collisione per frantumare insieme le particelle subatomiche; i ricercatori sperano di vedere quantità inaspettate di energia mancanti dalla collisione risultante, che suggerirebbe una particella sconosciuta, possibilmente materia oscura, sta scappando dal rilevatore. Finora, senza fortuna.
Ma la materia oscura dovrebbe essere in giro anche nella natura, e potrebbe essere catturato gravitazionalmente da oggetti con grandi pozzi gravitazionali, come la Terra, il sole e Giove. Col tempo, la materia oscura potrebbe accumularsi all'interno di un pianeta o di una stella fino a quando non c'è abbastanza densità che una particella di materia oscura potrebbe colpirne un'altra, annientando entrambi. Anche se non possiamo vedere la materia oscura stessa, dovremmo essere in grado di vedere i risultati di una tale collisione. Produrrebbe radiazioni ad alta energia sotto forma di raggi gamma.
Il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi. Credito:NASA
Entra nel telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA, lanciato nel 2008 su un razzo Delta II. Da oltre un decennio sta esaminando il cielo alla ricerca di sorgenti di raggi gamma. I ricercatori Leane e Linden hanno usato il telescopio per guardare Giove, e ha prodotto la prima analisi in assoluto dell'attività dei raggi gamma del pianeta gigante. Speravano di vedere prove di raggi gamma in eccesso creati dall'annientamento della materia oscura all'interno di Giove.
Come spiega Leane, Le dimensioni e la temperatura di Giove lo rendono un rivelatore di materia oscura ideale. "Poiché Giove ha un'ampia superficie rispetto ad altri pianeti del sistema solare, può catturare più materia oscura... Potresti quindi chiederti perché non usare semplicemente il sole ancora più grande (e molto vicino). Bene, il secondo vantaggio è che poiché Giove ha un nucleo più freddo del sole, dà alle particelle di materia oscura meno di un calcio termico. Questo in parte può impedire che la materia oscura più leggera evapori da Giove, che sarebbe evaporato dal sole."
Lo studio iniziale di Leane e Linden su Giove non ha ancora trovato la materia oscura. Però, c'era un allettante eccesso di raggi gamma a bassi livelli di energia, che richiederà strumenti migliori per studiare correttamente. "Stiamo davvero estendendo i limiti di Fermi per analizzare tali gamma a bassa energia, " disse Leane. "Guardando avanti, sarà interessante vedere se i prossimi telescopi a raggi gamma MeV come AMEGO e e-ASTROGAM trovano raggi gamma gioviani, soprattutto all'estremità inferiore della nostra analisi, dove la performance di Fermi soffre. Forse Giove ha ancora dei segreti da condividere".
Sia i telescopi AMEGO che e-ASTOGRAM sono ancora in fase di concept, ma potrebbero essere solo gli strumenti necessari per trovare la materia oscura, e Giove potrebbe essere proprio l'oggetto bersaglio in cui trovarlo.
In alto a sinistra mostra il numero di raggi gamma in una regione di 45 gradi intorno a Giove. In alto a destra mostra la stessa parte di cielo quando non c'è Giove (lo sfondo). In basso a sinistra mostra i conteggi di raggi gamma rimasti quando viene sottratto lo sfondo. In basso a destra mostra le dimensioni e la posizione di Giove dal telescopio Fermi. Se ci fosse un eccesso di raggi gamma, la mappa in basso a sinistra dovrebbe essersi illuminata nella posizione di Giove. A questi livelli di energia, io non l'ho fatto, sebbene lo facesse a livelli di energia inferiori, spingendo la necessità di ulteriori osservazioni con nuovi telescopi. Credito:Rebecca Leane e Tim Linden
Leane e un altro collega, Juri Smirnov (Stato dell'Ohio), pensa che una tecnica simile potrebbe essere utilizzata anche per cercare la materia oscura negli esopianeti simili a Giove o nelle fredde nane brune.
Esopianeti e nane brune più vicini al centro della galassia, dove ci sono densità più elevate di materia oscura, dovrebbe apparire più caldo nell'infrarosso rispetto a pianeti e stelle più lontani, a causa del più frequente annientamento della materia oscura nei loro nuclei. Il James Webb Space Telescope potrebbe essere in grado di fornire un rilevamento a infrarossi di un numero sufficiente di pianeti per corroborare questa teoria.
Se troviamo prove di materia oscura in un esopianeta, o nel nostro gigante del gas vicino a casa, una tale scoperta segnerebbe un grande balzo in avanti nel nostro modello dell'universo. Non c'è nessuna garanzia di entrambi, ma vale sicuramente la pena dare un'occhiata, e le basi per la ricerca si stanno gettando proprio ora.
