La rotazione delle stelle in galassie come la Via Lattea è sconcertante. Le velocità orbitali delle stelle dovrebbero diminuire con la loro distanza dal centro della galassia, ma infatti, le stelle nelle regioni centrali ed esterne delle galassie hanno la stessa velocità di rotazione. Questo potrebbe essere dovuto all'effetto gravitazionale della materia che non possiamo vedere. Ma sebbene i ricercatori lo stiano cercando da decenni, l'esistenza della materia oscura deve ancora essere definitivamente provata e non sappiamo ancora di cosa possa essere fatta. Con questo in testa, i fisici Dmitri Ryutov, Dmitry Budker e Victor Flambaum hanno suggerito che la dinamica rotazionale delle galassie potrebbe essere spiegata da altri fattori. Essi ipotizzano che la massa dei fotoni, che sono particelle di luce, potrebbe essere responsabile.

Professor Dmitri Ryutov, che si è recentemente ritirato dal Lawrence Livermore National Laboratory in California, NOI., è un esperto in fisica del plasma. È stato insignito del Maxwell Prize for Plasma Physics 2017 dell'American Physical Society (APS) per i suoi risultati nel campo. I fisici generalmente attribuiscono a Ryutov la determinazione del limite superiore per la massa del fotone. Poiché questa massa è estremamente piccola, anche se è diverso da zero, di solito viene ignorato quando si analizzano i processi atomici e nucleari. Ma anche una massa evanescente potrebbe, secondo la proposta collaborativa, avere un effetto su fenomeni astrofisici su larga scala.

Durante la visita alla Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), Ryutov, il suo ospite Professor Dmitry Budker dell'Helmholtz Institute Mainz (HIM), e il professor Victor Flambaum, membro del Gutenberg Research College dell'Università di Mainz, deciso di dare un'occhiata più da vicino all'idea. Erano interessati a come la massa infinitamente piccola del fotone potesse avere un effetto su galassie massicce. Il meccanismo alla base dell'assunto dei fisici è una conseguenza delle cosiddette equazioni di Maxwell-Proca. Ciò consentirebbe di generare ulteriori forze centripete come risultato delle sollecitazioni elettromagnetiche in una galassia.

Gli effetti sono così forti come quelli esercitati dalla materia oscura?

"L'effetto ipotetico che stiamo studiando non è il risultato di un aumento della gravità, " ha spiegato Dmitry Budker. Questo effetto può verificarsi in concomitanza con la presunta influenza della materia oscura. Può persino, in determinate circostanze, eliminare completamente la necessità di evocare la materia oscura come fattore quando si tratta di spiegare le curve di rotazione. Le curve di rotazione esprimono la relazione tra le velocità orbitali delle stelle in una galassia e la loro distanza radiale dal centro della galassia. "Assumendo una certa massa di fotoni, molto più piccolo dell'attuale limite superiore, possiamo dimostrare che questa massa sarebbe sufficiente per generare forze aggiuntive in una galassia e che queste forze sarebbero abbastanza grandi da spiegare le curve di rotazione, " ha detto Budker. "Questa conclusione è estremamente eccitante."

I fisici hanno persino azzardato un ulteriore passo avanti. Hanno esaminato come si formano le protostelle e hanno scoperto che la loro ipotesi ha altre implicazioni. Prevede che di lunga durata, stelle relativamente leggere, come il sole, avrebbe orbite altamente ellittiche. "Le osservazioni effettive chiaramente non concordano con questa previsione, il che significa che la nostra teoria non può spiegare tutto." Gli effetti Proca-force possono quindi essere responsabili solo di alcune delle anomalie nelle curve di rotazione. "Attualmente non consideriamo la massa dei fotoni come la soluzione al problema della curva di rotazione. Ma potrebbe essere parte della soluzione, " ha concluso Budker. "Tuttavia, dobbiamo mantenere una mente aperta finché non sappiamo effettivamente cos'è la materia oscura".