Un team di scienziati sta avanzando nelle ricerche per confermare l’esistenza della materia oscura, la misteriosa sostanza invisibile che si ritiene costituisca oltre un quarto dell’intero cosmo. Questa ricerca si concentra in particolare sull’analisi di un intenso bagliore di raggi gamma rilevato in una vasta regione vicina al centro della nostra galassia, la Via Lattea.
Raggi gamma e la ricerca della materia oscura
La comprensione della composizione universale rivela che tutto ciò che è direttamente osservabile, la materia di cui sono fatti stelle, pianeti e ogni oggetto, nota come materia ordinaria, costituisce solamente una frazione minoritaria. La materia ordinaria, che può essere rilevata in tutte le lunghezze d’onda dall’infrarosso ai raggi gamma, ammonta a circa il 5% dell’universo.
La porzione restante è dominata da componenti invisibili e misteriose. La materia oscura, che per sua natura non assorbe, riflette o emette luce, sembra costituire circa il 27% del cosmo, mentre una terza componente enigmatica, l’energia oscura, rappresenta il restante 68% circa.
Gli scienziati mantengono una solida convinzione nell’esistenza della materia oscura, dedotta unicamente dai suoi potenti effetti gravitazionali osservati su larga scala nell’universo. Ciononostante, a causa della sua natura elusiva, dimostrare in modo diretto la sua esistenza è sempre stata una sfida complessa.
Una potenziale svolta è offerta dai dati del telescopio spaziale Fermi Gamma-ray, che ha osservato e mappato un significativo eccesso di raggi gamma in una vasta area sferica vicino al cuore della Via Lattea, promettendo di fornire la conferma tanto attesa.
Per interpretare queste specifiche emissioni di raggi gamma, gli scienziati hanno avanzato due spiegazioni principali e contrastanti. Una teoria propone che il bagliore sia la diretta conseguenza della collisione e annichilazione di particelle di materia oscura altamente concentrate in questa regione galattica.
L’ipotesi alternativa attribuisce l’origine del fenomeno a una particolare classe di stelle di neutroni note come pulsar millisecondo. Queste sono i residui estremamente densi di stelle massicce collassate e sono caratterizzate dal fatto di ruotare centinaia di volte al secondo, emettendo luce lungo l’intero spettro elettromagnetico, inclusi i raggi gamma.
Le proprietà dei raggi gamma
Gli studi sull’eccesso di raggi gamma nella Via Lattea si concentrano su una vasta regione che si estende per i 7.000 anni luce più interni della galassia. Per dare una prospettiva, un anno luce corrisponde alla distanza percorsa dalla luce in un anno, ovvero circa 9,5 trilioni di chilometri. Questa regione di interesse si trova a una distanza di circa 26.000 anni luce dalla Terra.
I raggi gamma occupano l’estremità ad alta energia dello spettro elettromagnetico, possedendo le lunghezze d’onda più piccole e, di conseguenza, l’energia più elevata tra tutte le onde. Queste caratteristiche li rendono indicatori cruciali per fenomeni astrofisici estremi.
L’importanza dei raggi gamma in questo contesto risiede nel loro potenziale legame con l’esistenza della materia oscura. Si ipotizza che le particelle di materia oscura, scontrandosi, possano annichilirsi completamente, un processo che genererebbe raggi gamma come sottoprodotto energetico.
Questa dinamica è particolarmente suggestiva perché, secondo Silk, “un aspetto peculiare dell’ipotesi più semplice sulla materia oscura è il fatto che si pensa che le particelle di materia oscura siano le proprie antiparticelle e si annichilino completamente quando collidono”. Fenomeni simili si osservano con la collisione di protoni e antiprotoni che producono raggi gamma energetici, ma gli antiprotoni sono estremamente rari nell’universo, rendendo l’ipotesi della materia oscura un’alternativa intrigante.
Si ritiene che la Via Lattea si sia originata dal collasso gravitazionale di una vasta nube che conteneva sia materia oscura che materia ordinaria. Durante questo processo, “la materia ordinaria si è raffreddata ed è precipitata nelle regioni centrali, trascinando con sé anche un po’ di materia oscura,” ha spiegato Silk.
Nonostante l’affascinante teoria della materia oscura, il bagliore di raggi gamma potrebbe avere un’origine astrofisica convenzionale. Un’ipotesi concorrente sostiene che il bagliore sia prodotto dall’emissione collettiva di molte migliaia di pulsar millisecondo finora non osservate. Il satellite Fermi ha già fornito la conferma che tali oggetti, stelle di neutroni in rapida rotazione, sono sorgenti di raggi gamma e potrebbero quindi spiegare l’eccesso di emissione rilevato in questa regione galattica.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Physical Review Letters.
