Potremmo essere più vicini alla comprensione del mistero che si nasconde dietro la materia oscura, grazie a una nuova ricerca condotta dai fisici del King's College di Londra.
Teorizzati per la prima volta nel 1977, gli assioni sono un'ipotetica particella di massa leggera che è stata suggerita come possibile contendente per la materia oscura, a causa del calore che emettono. Tuttavia, a causa della gamma di dimensioni e masse che potrebbero avere, la loro identificazione definitiva è stata difficile.
In una serie di articoli su Physical Review D , Liina Chung-Jukko, i professori Malcolm Fairbairn, Eugene Lim, il dottor David Marsh e collaboratori hanno suggerito un nuovo approccio per individuare questa "particella meravigliosa" che potrebbe spiegare sia l'energia oscura che la materia oscura.
Il professor Malcolm Fairbairn spiega:"Gli assioni sono uno dei principali candidati per la materia oscura. Abbiamo scoperto che hanno la capacità di riscaldare l'universo proprio come le supernove e le stelle ordinarie dopo essersi riuniti in densi ammassi. Armati di questa conoscenza, sappiamo con molto più certezza su dove puntare i nostri strumenti sul campo per reperirli."
La teoria della relatività generale di Einstein suggerisce che circa l'85% della materia nell'universo è materia oscura, una forma sconosciuta di materia che non siamo stati in grado di osservare o sondare. Gli effetti gravitazionali, osservati in scenari come la formazione delle galassie, non hanno senso nel modello di Einstein a meno che non ci sia una grande quantità di materia che non possiamo vedere e che non interagisce con la luce o i campi elettromagnetici.
Gli assioni sono un contendente per questa ipotetica forma di materia. Queste particelle di piccola massa devono essere presenti in numero molto elevato per spiegare la massa mancante nelle galassie. Poiché questi assioni devono esistere in gran numero, devono anche essere densamente concentrati in aree specifiche, il che significa che devono essere soggetti alle leggi della meccanica quantistica.
Ciò significherebbe che i singoli assioni inizierebbero ad agire di concerto. Ciò significherebbe che potrebbero esserci grandi raggruppamenti di materia oscura assionica al centro delle galassie, altrimenti note come "stelle assioniche".
Queste stelle assioniche possono diventare instabili oltre una certa soglia di massa, esplodendo in radiazioni elettromagnetiche e fotoni, particelle di luce, come mostrato più dettagliatamente da Liina Chung-Jukko. Gli scienziati suggeriscono che queste esplosioni potrebbero aver riscaldato il gas intergalattico che esiste tra le galassie nel tempo che separa il big bang e la formazione delle prime stelle, 50-500 milioni di anni dopo l'inizio dell'universo.
Ciò cambierebbe l'aspetto della radiazione cosmica di fondo (CMB), la radiazione elettromagnetica che riempie tutto lo spazio, durante questo periodo, che gli scienziati possono attualmente osservare attraverso le onde radio utilizzando un metodo chiamato misurazione di 21 cm.
Cercando segnali di dove le stelle assioniche sono esplose in questo modo nell'universo primordiale o attuale, gli scienziati potrebbero essere in grado di utilizzare questi metodi per rintracciare l'assione finora inosservato e scoprire la fonte di parte, se non di tutta, la materia oscura. /P>
Malcolm Fairbairn ha affermato:“Le stelle assioniche coerenti, anche quelle relativamente compatte, hanno il potenziale per esplodere in un alone di elettromagnetismo e luce. Conoscere il tipo di strutture che la materia oscura assionica può formare e il suo impatto sul gas intergalattico circostante, può aprire nuove modi per il suo rilevamento.
"Essere in grado di trovare l'assione ci aiuterebbe probabilmente a risolvere uno dei più grandi problemi della scienza, in elaborazione da oltre un secolo, e ci aiuterebbe a mettere a nudo la storia dell'universo primordiale."
Calcolando il numero totale di stelle assioniche nell’universo e, per estensione, il loro potenziale esplosivo latente nel gas intergalattico, il team ha anche ipotizzato la dimensione del segnale che le stelle assioniche emetterebbero nella CMB. Ciò consentirebbe alle misurazioni di 21 cm di classificare accuratamente cosa è e cosa non ha origine dagli assioni, aiutando nella ricerca.
Il lavoro di King's si unisce al coro crescente della comunità scientifica che ricerca l'assione come principale contendente per la materia oscura, David Marsh ha affermato:"La misurazione di 21 cm è generalmente vista come il futuro della cosmologia e il ruolo che svolge nella ricerca di l'assione è una delle ragioni principali di ciò. Attualmente è in corso un'enorme proliferazione di ricerche sugli assioni, inclusi progetti come Dark Matter Radio. È un momento molto, molto emozionante per essere un astrofisico in questo momento."
Ulteriori informazioni: Miguel Escudero et al, Esplosioni di stelle di assioni:una nuova fonte per il rilevamento indiretto di assioni, Physical Review D (2024). DOI:10.1103/PhysRevD.109.043018
Xiaolong Du et al, Tassi di fusione di Soliton e decadimento potenziato della materia oscura degli assioni, Physical Review D (2024). DOI:10.1103/PhysRevD.109.043019
Informazioni sul giornale: Revisione fisica D
Fornito dal King's College di Londra
