Materia oscura, che i ricercatori ritengono costituiscano circa l'80% della massa dell'universo, è uno dei misteri più sfuggenti della fisica moderna. Che cosa sia esattamente e come sia diventato è un mistero, ma un nuovo studio della Johns Hopkins University suggerisce ora che la materia oscura potrebbe essere esistita prima del Big Bang.

Lo studio, pubblicato il 7 agosto in Lettere di revisione fisica , presenta una nuova idea di come sia nata la materia oscura e di come identificarla con le osservazioni astronomiche.

"Lo studio ha rivelato una nuova connessione tra la fisica delle particelle e l'astronomia. Se la materia oscura è costituita da nuove particelle nate prima del Big Bang, influenzano in modo unico il modo in cui le galassie sono distribuite nel cielo. Questa connessione può essere utilizzata per rivelare la loro identità e trarre conclusioni anche sui tempi prima del Big Bang, "dice Tommi Tenkanen, un borsista post-dottorato in Fisica e Astronomia presso la Johns Hopkins University e autore dello studio.

Sebbene non si sappia molto sulle sue origini, gli astronomi hanno dimostrato che la materia oscura svolge un ruolo cruciale nella formazione di galassie e ammassi di galassie. Sebbene non direttamente osservabile, gli scienziati sanno che la materia oscura esiste per i suoi effetti gravitazionali su come la materia visibile si muove e si distribuisce nello spazio.

Per molto tempo, i ricercatori credevano che la materia oscura dovesse essere una sostanza residua del Big Bang. I ricercatori hanno a lungo cercato questo tipo di materia oscura, ma finora tutte le ricerche sperimentali non hanno avuto successo.

"Se la materia oscura fosse davvero un residuo del Big Bang, quindi in molti casi i ricercatori avrebbero già visto un segnale diretto della materia oscura in diversi esperimenti di fisica delle particelle, "dice Tenkanen.

Utilizzando un nuovo, semplice quadro matematico, lo studio mostra che la materia oscura potrebbe essere stata prodotta prima del Big Bang durante un'era nota come inflazione cosmica, quando lo spazio si stava espandendo molto rapidamente. Si ritiene che la rapida espansione porti alla produzione copiosa di alcuni tipi di particelle chiamate scalari. Finora, è stata scoperta una sola particella scalare, il famoso bosone di Higgs.

"Non sappiamo cosa sia la materia oscura, ma se ha qualcosa a che fare con particelle scalari, potrebbe essere più antico del Big Bang. Con lo scenario matematico proposto, non dobbiamo assumere nuovi tipi di interazioni tra materia visibile e oscura oltre la gravità, che sappiamo già che c'è, " spiega Tenkanen.

Mentre l'idea che la materia oscura esistesse prima del Big Bang non è nuova, altri teorici non sono stati in grado di elaborare calcoli che supportano l'idea. Il nuovo studio mostra che i ricercatori hanno sempre trascurato lo scenario matematico più semplice possibile per le origini della materia oscura, lui dice.

Il nuovo studio suggerisce anche un modo per testare l'origine della materia oscura osservando le firme che la materia oscura lascia sulla distribuzione della materia nell'universo.

"Anche se questo tipo di materia oscura è troppo elusivo per essere trovato negli esperimenti sulle particelle, può rivelare la sua presenza nelle osservazioni astronomiche. Presto impareremo di più sull'origine della materia oscura quando il satellite Euclid verrà lanciato nel 2022. Sarà molto eccitante vedere cosa rivelerà sulla materia oscura e se le sue scoperte possono essere utilizzate per sbirciare nei tempi prima del Grande Scoppio."