Le ipotetiche nuove particelle chiasmate fotoni oscuri potrebbero potenzialmente spiegare le osservazioni effettuate dallo spettrografo Cosmic Origin sul telescopio spaziale Hubble.
Secondo un nuovo studio pubblicato su Physical Review Letters, è possibile che la materia oscura sia composta da fotoni oscuri ultraleggeri che potrebbero aver avuto un ruolo nel riscaldamento dell’universo. Questa ipotesi è, secondo i ricercatori, in ottimo accordo con le osservazioni del Cosmic Origin Spectrograph (COS) a bordo del telescopio spaziale Hubble, che osserva l’intricata e diffusa rete di filamenti nota come “rete cosmica” che esiste tra le galassie.
I dati raccolti da COS suggeriscono che i filamenti intergalattici cosmici sono più caldi delle previsioni delle simulazioni idrodinamiche del modello standard di formazione della struttura.
“I fotoni oscuri sono un buon candidato per la materia oscura”
“I fotoni oscuri sono ipotetiche nuove particelle che sono portatrici di forza per una nuova forza nel settore oscuro, proprio come il fotone è il portatore di forza per l’elettromagnetismo” gli autori James S. Bolton (Università di Nottingham), Andrea Caputo (CERN e Tel Aviv University), Hongwan Liu (New York University) e Matteo Viel (SISSA). “A differenza del fotone, tuttavia, possono avere massa. In particolare, il fotone oscuro ultraleggero, con una massa di appena venti ordini di grandezza inferiore a quella dell’elettrone, è un buon candidato per la materia oscura”.
Si prevede inoltre che i fotoni oscuri e i fotoni regolari si mescolino come i diversi tipi di neutrini, consentendo alla materia oscura dei fotoni oscuri ultraleggeri di convertirsi in fotoni a bassa frequenza. Questi fotoni riscaldano la rete cosmica ma, a differenza di altri meccanismi di riscaldamento, basati su processi astrofisici, come la formazione stellare ed i venti galattici, questo processo di riscaldamento è più diffuso ed efficiente anche in regioni poco dense.
L’elemento mancante
Spiega Matteo Viel: “Solitamente i filamenti cosmici sono stati usati per sondare proprietà su piccola scala della materia oscura, mentre in questo caso abbiamo usato per la prima volta i dati del mezzo intergalattico a basso redshift come un calorimetro, per verificare se tutti i processi di riscaldamento di cui siamo a conoscenza sono sufficienti per riprodurre i dati. Abbiamo scoperto che non è così: manca qualcosa, che modelliamo come un contributo prodotto dal fotone oscuro“.
Il lavoro ha identificato la massa e la miscelazione del fotone oscuro con il fotone del modello standard necessarie per riconciliare la discrepanza tra osservazioni e simulazione; questo sforzo potrebbe guidare ulteriori indagini teoriche e osservative al fine di esplorare l’entusiasmante possibilità che il fotone oscuro possa costituire la materia oscura.
Riferimento: “Comparison of Low-Redshift Lyman-α Forest Observations to Hydrodynamical Simulations with Dark Photon Dark Matter” di James S. Bolton, Andrea Caputo, Hongwan Liu e Matteo Viel, 18 novembre 2022, Physical Review Letters .
DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.211102
