04 Feb 2018 A Caccia della Materia Oscura con le Stelle più Antiche
In uno studio pubblicato su Physical Review Letters un team internazionale di scienziati ha fornito un indizio importante per svelare un mistero astrofisico: a che velocità sfreccia la materia oscura nelle vicinanze della Terra. La soluzione di questo rebus potrebbe trovarsi nel moto delle stelle più antiche della galassia.
“Essenzialmente queste vecchie stelle agiscono come tachimetri visibili per la materia oscura invisibile, misurando la sua velocità di distribuzione vicino alla Terra”, afferma Mariangela Lisanti della Princeton University. “Si possono pensare le antiche stelle come un tracciante luminoso per la materia oscura”. Per determinare quali stelle si comportino in modo simile alle invisibili e sfuggenti particelle di materia oscura il team ha utilizzato una simulazione al computer, Eris, che utilizza supercomputer per replicare la fisica della Via Lattea, inclusa la materia oscura. “La nostra ipotesi è che esista un sottoinsieme di stelle il cui moto, per qualche ragione, rifletta i movimenti della materia oscura”, ha detto Jonah Herzog-Arbeitman, tra gli autori dello studio.
Il team ha utilizzato i dati per confrontare varie proprietà della materia oscura con proprietà di sottoinsiemi noti di stelle. La grande svolta è avvenuta quando hanno confrontato la velocità della materia oscura con quella delle stelle di varia metallicità, cioè con diverso rapporto tra elementi pesanti e leggeri. La curva rappresentante la materia oscura corrispondeva bene a quella delle stelle con la minor quantità di metalli (elementi più pesanti di idrogeno ed elio).
Gli astronomi sanno da decenni che la metallicità può servire come indicazione dell’età di una stella, dal momento che gli elementi più pesanti si sono formati in seguito a esplosioni di supernova e fusioni di stelle di neutroni, nel corso del tempo cosmico. Secondo il team la correlazione tra materia oscura e stelle più vecchie non dovrebbe sorprenderci: “La materia oscura e queste antiche stelle presentano le stesse condizioni iniziali: si sono formate nello stesso luogo e hanno le medesime proprietà…Quindi ha senso che entrambe si siano comportate in base a soli effetti gravitazionali”, afferma Necib.
Sin dal 2009 gli astronomi hanno cercato di osservare direttamente la materia oscura, ma Lisanti paragona questi esperimenti a un gioco a biliardo: “Quando una particella di materia oscura colpisce un nucleo di un atomo, la collisione è simile a quella di due palle da biliardo che si scontrano. Se la particella di materia oscura è molto meno massiccia rispetto al nucleo, questo non si sposterà granché dopo la collisione, il che rende davvero difficile verificare ciò che sta avvenendo”. Ed è il motivo per cui è così importante vincolare la velocità della materia oscura. Se le particelle di materia oscura fossero lente e leggere, potrebbero non avere abbastanza energia cinetica per muovere le “palle da biliardo” nucleari, anche nella collisione. “Ma se la materia oscura ha un moto più veloce, avrà più energia cinetica. Questo aumenterebbe la possibilità di osservare gli effetti della collisione”, continua Lisanti.
All’inizio gli scienziati si aspettavano di osservare abbastanza urti tra particelle da essere in grado di derivare massa e velocità della materia oscura. Ma non abbiamo ancora visto nulla. Quindi invece che utilizzare le interazioni tra particelle per determinare la velocità della materia oscura, i ricercatori sperano di utilizzare la velocità di stelle che rispecchiano il comportamento della materia oscura stessa per arrivare a capire il motivo per cui gli esperimenti diretti non hanno ancora portato ad alcun risultato.
La domanda che si pone il team è se forse non abbiamo ancora visto nulla perché nella distribuzione della velocità c’è qualche aspetto che non abbiamo ancora considerato. Disporre di un metodo indipendente per ricavare la velocità della materia oscura potrebbe aiutarci a svelare questo mistero. Ma finora è solo teoria: Lisanti e i suoi colleghi lavorano sulla simulazione Eris, ma non conoscono ancora la velocità delle stelle più antiche della Via Lattea. Le speranze sono riposte nella missione Gaia dell’ESA, grazie alla quale aumenterà l’insieme di dati a noi noti sulle stelle della nostra galassia e sui loro moti e velocità. Questo permetterà ai ricercatori di ricavare informazioni essenziali per comprendere proprietà fondamentali della sfuggente materia oscura.
[ Barbara Bubbi ]
https://phys.org/news/2018-01-dark-oldest-stars-milky.html
Raffigurazione artistica della Via Lattea
Illustration Credit: R. Hurt (SSC), JPL-Caltech, NASA
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