Gli astronomi hanno osservato che la materia oscura non sembra ammassarsi molto nelle piccole galassie, ma la loro densità raggiunge picchi bruschi in sistemi più grandi come gli ammassi di galassie. È stato un enigma il motivo per cui diversi sistemi si comportano in modo diverso. Credito:Kavli IPMU - Kavli IPMU ha modificato questa cifra in base all'immagine accreditata dalla NASA, STScI
Le particelle di materia oscura possono disperdersi l'una contro l'altra solo quando colpiscono l'energia giusta, dicono i ricercatori in Giappone, Germania, e Austria in un nuovo studio. La loro idea aiuta a spiegare perché le galassie dalla più piccola alla più grande hanno le forme che hanno.
La materia oscura è una forma misteriosa e sconosciuta che comprende oltre l'80% della materia nell'universo odierno. La sua natura è sconosciuta, ma i fisici credono che la sua gravità sia responsabile della formazione di stelle e galassie, che ha portato alla nostra esistenza.
"La materia oscura è in realtà nostra madre, che ha dato alla luce tutti noi. Ma non l'abbiamo incontrata; in qualche modo, ci siamo separati alla nascita. Chi è lei? Questa è la domanda che vogliamo sapere, " dice l'autore della carta Hitoshi Murayama, un professore dell'Università della California a Berkeley e ricercatore principale del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe.
Gli astronomi hanno già scoperto che la materia oscura non sembra raggrupparsi come suggeriscono le simulazioni al computer. Se la gravità è l'unica forza che guida la materia oscura, solo tirando e mai spingendo, allora la materia oscura dovrebbe diventare molto densa verso i centri delle galassie. Però, specialmente in piccole galassie deboli chiamate sferoidali nane, la materia oscura non sembra diventare densa come previsto verso i centri galattici.
Quando due particelle di materia oscura si avvicinano, quindi tendono semplicemente a passarsi l'un l'altro. Credito:Kavli IPMU
Questo enigma potrebbe essere risolto se la materia oscura si disperdesse contro se stessa come palle da biliardo, permettendo alle particelle di diffondersi in modo più uniforme dopo una collisione. Ma un problema con questa idea è che la materia oscura sembra aggregarsi in sistemi più grandi come gli ammassi di galassie. Cosa fa sì che la materia oscura si comporti in modo diverso tra sferoidali nani e ammassi di galassie? Un team internazionale di ricercatori ha sviluppato una spiegazione che potrebbe risolvere questo enigma, e rivelare cos'è la materia oscura.
"Se la materia oscura si disperde l'una con l'altra solo a una velocità bassa ma molto speciale, può capitare spesso negli sferoidali nani, dove si muove lentamente, ma è raro negli ammassi di galassie dove si muove velocemente. Ha bisogno di colpire una risonanza, "dice il fisico cinese Xiaoyong Chu, ricercatore post-dottorato presso l'Accademia austriaca delle scienze.
La risonanza è un fenomeno comune:far girare il vino in un bicchiere per esporlo all'ossigeno e produrre più aroma richiede di girare il bicchiere esattamente alla giusta velocità. Le vecchie radio analogiche devono essere sintonizzate sulla giusta frequenza. Questi sono esempi di risonanza, e il team sospetta che la risonanza possa spiegare questo enigma della materia oscura.
Ma quando arrivano a una velocità speciale, "risuonano" e si attaccano l'uno all'altro per un breve momento, e poi andare in direzioni diverse, facendoli disperdere. Per di qua, la materia oscura può diffondersi in modo da poter comprendere il profilo liscio nelle piccole galassie. Credito:Kavli IPMU
"Per quanto ne sappiamo, questa è la spiegazione più semplice del puzzle. Siamo eccitati perché presto potremmo sapere cos'è la materia oscura, "dice Murayama.
Però, il team non era convinto che un'idea così semplice avrebbe spiegato correttamente i dati. "Primo, eravamo un po' scettici sul fatto che questa idea potesse spiegare i dati osservativi; ma una volta che l'abbiamo provato, Ha funzionato come un fascino, " dice lo scienziato colombiano Camilo Garcia Cely, un ricercatore post-dottorato presso il Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) in Germania.
Usando l'idea di risonanza, la trama dimostra che possiamo spiegare tutti i sistemi allo stesso tempo. Credito:Xiaoyong Chu, Camilo Garcia Cely, Hitoshi Murayama
Il team crede che non sia un caso che la materia oscura possa colpire esattamente la nota giusta. "Ci sono molti altri sistemi in natura che mostrano incidenti simili:nelle stelle, le particelle alfa colpiscono una risonanza di berillio, che a sua volta colpisce una risonanza di carbonio, producendo gli elementi costitutivi che hanno dato origine alla vita sulla Terra. Un processo simile avviene per una particella subatomica chiamata phi, "dice Garcia Cely.
"Potrebbe anche essere un segno che il nostro mondo ha più dimensioni di quelle che vediamo. Se una particella si muove in dimensioni extra, ha energia. Per gli umani, che non vedono la dimensione in più, pensiamo che l'energia sia in realtà massa, grazie a E=mc . di Einstein 2 . Forse qualche particella si muove due volte più velocemente in una dimensione extra, rendendo la sua massa esattamente doppia rispetto alla massa della materia oscura, "dice Chu.
Il prossimo passo del team sarà trovare dati osservativi che supportino la loro teoria. "Se questo è vero, osservazioni future e più dettagliate di diverse galassie riveleranno che la diffusione della materia oscura lo fa, infatti, dipendono dalla sua velocità, "dice Murayama, che è anche a capo di un gruppo internazionale separato che intende condurre tale ricerca utilizzando lo spettrografo Prime Focus, ora in costruzione. Lo strumento da 80 milioni di dollari sarà montato sul telescopio Subaru in cima al Mauna Kea a Big Island, Hawaii, e sarà in grado di misurare le velocità di migliaia di stelle negli sferoidali nani.
Il documento del team è stato pubblicato online il 22 febbraio da Lettere di revisione fisica .
