Una nuova ricerca suggerisce che la materia oscura, la sostanza misteriosa che costituisce un quarto della massa e dell’energia dell’universo, potrebbe essere formata da particelle estremamente piccole e leggere. Questa forma “sfocata” di materia oscura avrebbe alterato il corso della storia cosmica creando filamenti lunghi e sottili che si sostiuirono alle antiche galassie dell’universo primordiale, secondo le simulazioni.
I risultati hanno conseguenze osservative: i prossimi telescopi saranno in grado di guardare indietro a questo primo periodo di tempo e potenzialmente distinguere tra diversi tipi di materia oscura, consentendo ai fisici di comprenderne meglio le proprietà.
La materia oscura è una sostanza diffusa in tutto il cosmo. Non emette luce – da qui il nome materia oscura – ma i suoi effetti gravitazionali aiutano a legare tra loro gli ammassi galattici e fanno ruotare le stelle ai bordi delle galassie più velocemente di quanto farebbero altrimenti.
Molti scienziati ritengono che la maggior parte della materia oscura sia fredda, il che significa che si muove in modo relativamente lento. Ma ci sono idee completamente diverse, come la possibilità che sia minuscola e sfocata, il che potrebbe significare che si muove molto rapidamente essendo così leggera.
“Le nostre simulazioni mostrano che le prime galassie e stelle che si formarono nell’universo primordiale sarebbero sembrate molto diverse in un universo pieno di materia oscura sfocata rispetto a quelle di un universo composto di materia oscura fredda“.
Le speculazioni più comuni sulla materia oscura suggeriscono che sia composta da particelle voluminose (WIMP) debolmente interattive, che avrebbero poche decine o centinaia di volte la massa di un protone. Le simulazioni che utilizzano questo tipo di materia oscura sono estremamente efficaci nel ricreare la struttura su larga scala dell’universo, compresi i vasti vuoti dello spazio attraversati da lunghi filamenti di gas e polvere, una formazione nota come rete cosmica.
Su scale più piccole, però, questi modelli contengono una serie di discrepanze rispetto a ciò che gli astronomi osservano con i loro telescopi. In questa visione standard, la materia oscura dovrebbe accumularsi al centro delle galassie, ma nessuno l’ha mai vista farlo.
La materia oscura sfocata, al contrario, sarebbe composta da particelle grandi forse un miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo della massa di un elettrone, secondo una dichiarazione del MIT. La meccanica quantistica afferma che le particelle possono anche essere pensate come onde, con lunghezze d’onda inversamente proporzionali alla loro massa.
Quindi la lunghezza d’onda di una tale particella di luce sarebbe lunga migliaia di anni luce.
La materia oscura sfocata, su queste basi, avrebbe problemi a raggrupparsi in un insieme di particelle rispetto alla materia oscura fredda. Nelle simulazioni, Lancaster e i suoi coautori hanno mostrato che un universo composto di materia oscura fredda avrebbe avuto galassie relativamente rapide nel formarsi da aloni sferici.
Ma la materia oscura sfocata si fonderebbe invece in lunghi e sottili fili di materiale – “più filamenti giganti che goffe galassie“, ha spiegato Lancaster, uno degli autori dello studio – e le galassie più grandis arebbero nate successivamente. La materia oscura sfocata avrebbe anche difficoltà ad accumularsi nei centri delle galassie, e questo fornirebbe potenzialmente una spiegazione del perché gli astronomi non osservano questa aggregazione quando guardano le galassie.
Strumenti come il Large Synoptic Survey Telescope (LSST) in Cile e telescopi di classe 30 metri in costruzione in tutto il mondo saranno presto in grado di guardare indietro fino ai primi giorni dell’universo. Si prevede che inizieranno a raccogliere dati nel prossimo decennio, il che significa che “inizieremo a vedere gli effetti della materia oscura sfocata o inizieremo a escluderli“, ha concluso Lancaster.
“Sebbene altri ricercatori abbiano speculato sulla materia oscura sfocata, le nuove simulazioni svolgono un lavoro più attento nell’elaborare i suoi effetti cosmologici”, ha affermato Jeremiah Ostriker, un astrofisico della Columbia University non coinvolto nel lavoro.
“Questo aiuta a delineare i dettagli di quale sarebbe la formazione della struttura in questa variazione delle teorie“, ha aggiunto OStriker. “Ed è una delle teorie sulle varianti più interessanti in circolazione“.
Lancaster ha affermato che le future simulazioni del suo team potrebbero concentrarsi sulla cattura di maggiori dettagli sugli effetti della materia oscura sfocata, dando potenzialmente agli astronomi un’idea migliore di ciò che potrebbero aspettarsi di vedere attraverso i loro telescopi.
