Un astrofisico dell’Università del Colorado sta cercando nella luce proveniente da un oggetto celeste distante ed estremamente potente, quella che potrebbe essere la sostanza più sfuggente dell’universo: la materia oscura.
In due studi recenti, Jeremy Darling, professore presso il Dipartimento di Scienze Astrofisiche e Planetarie, ha esaminato in profondità PSR J1745-2900. Questo corpo celeste è il primo magnetar (stella magnetica) scoperto nel 2013, in orbita attorno al buco nero Sagittario A*, o un tipo di stella collassata che genera un campo magnetico incredibilmente forte.
“È il miglior rilevatore naturale di materia oscura che conosciamo“, sostiene Darling.
La materia oscura è una sorta di colla cosmica, una particella non ancora identificata che costituisce circa il 27% della massa dell’universo e aiuta a legare insieme galassie come la nostra Via Lattea. Ad oggi, gli scienziati hanno utilizzato per la caccia a questa materia invisibile principalmente di attrezzature di laboratorio.
Darling ha adottato un approccio diverso nella sua ultima ricerca: attingendo ai dati del telescopio, sta osservando il PSR J1745-2900 per vedere se è in grado di rilevare i deboli segnali di un candidato per la materia oscura, una particella chiamata assione, che si trasforma in luce. Finora, la ricerca dello scienziato non ha dato risultati ma il suo lavoro potrebbe aiutare i fisici che lavorano nei laboratori di tutto il mondo a restringere le proprie ricerche.
I nuovi studi sono anche un promemoria del fatto che i ricercatori possono ancora guardare al cielo per risolvere alcune delle domande più difficili della scienza. “In astrofisica troviamo problemi interessanti come la materia oscura e l’energia oscura, quindi facciamo un passo indietro e lasciamo che i fisici li risolvano“,afferma Darling, che ha pubblicato il suo primo ciclo di risultati questo mese su Astrophysical Journal Letters e Physical Review Letters.
Darling vuole cambiare la situazione, in questo caso, con un piccolo aiuto analizzando PSR J1745-2900.
Questa magnetar orbita attorno al buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea, da una distanza inferiore a un anno luce di distanza. Ed è una forza della natura: PSR J1745-2900 genera un campo magnetico che è circa un miliardo di volte più potente del magnete più potente sul pianeta Terra.
Le magnetar hanno tutto il campo magnetico di una stella per avendo dimensioni limitate ad un’area di circa 20 chilometri di diametro. Ed è qui che Darling è andato a cercare la materia oscura.
Ha spiegato che gli scienziati non sono ancora riusciti a localizzare un singolo assione, una particella teorica proposta per la prima volta negli anni ’70. I fisici, tuttavia, prevedono che questi frammenti effimeri di materia potrebbero essere stati creati durante la fase iniziale dell’universo, e in quantità abbastanza grandi da spiegare la massa extra del cosmo dalla materia oscura. Secondo la teoria, gli assioni sarebbero miliardi o addirittura trilioni di volte più leggeri degli elettroni e interagirebbero solo raramente con l’ambiente circostante.
Ciò li rende quasi impossibili da osservare, con una grande eccezione: se un assione passa attraverso un forte campo magnetico, può trasformarsi in luce, che i ricercatori potrebbero, in teoria, rilevare.
Gli scienziati, incluso un team del JILA nel campus CU Boulder, hanno utilizzato campi magnetici generati dal laboratorio per cercare di catturare quella transizione in azione. Darling e altri scienziati avevano un’idea diversa: perché non provare la stessa ricerca ma su scala molto più ampia?
Le magnetar sono gli oggetti più magnetici finora conosciuti nell’universo, e non è possibile avvicinarsi a quella forza neanche in laboratorio.
Per utilizzare quel campo magnetico naturale, Darling si è basato sulle osservazioni del PSR J1745-2900 prese dal Karl G. Jansky Very Large Array, un osservatorio nel New Mexico. Se la magnetar davvero trasforma gli assioni in luce, quella metamorfosi potrebbe manifestarsi nella radiazione che emerge dalla stella collassata.
È un po’ come cercare un singolo ago in un pagliaio davvero, davvero grande. Darling ha detto che mentre i teorici hanno posto limiti su quanto potrebbero essere pesanti gli assioni, queste particelle potrebbero ancora avere una vasta gamma di masse possibili. Ciascuna di queste masse, a sua volta, produrrebbe luce con una lunghezza d’onda specifica, quasi come un’impronta digitale lasciata dalla materia oscura.
Tuttavia non ha ancora individuato nessuna di quelle lunghezze d’onda distinte nella luce proveniente dalla magnetar. Ma è stato in grado di utilizzare le osservazioni per sondare la possibile esistenza di assioni attraverso la più ampia gamma di masse finora. Ha aggiunto che tali indagini possono completare il lavoro svolto negli esperimenti terrestri.
Anche Konrad Lehnert, astrofisico dell’Università del Colorado, ha spiegato che studi astrofisici come quello di Darling potrebbero agire come una sorta di esploratore a caccia di assioni, identificando segnali interessanti nella luce delle magnetar, sui quali i ricercatori di laboratorio potrebbero poi scavare con maggiore precisione.
Lehnert sostiene che questi esperimenti ben controllati sarebbero in grado di individuare quale dei segnali astrofisici potrebbe avere un’origine della materia oscura.
Darling progetta di continuare la sua ricerca, il che significa guardare ancora più da vicino la magnetar al centro della nostra galassia, colmando quelle lacune per andare ancora più in profondità.
