La materia oscura potrebbe nascondere un segreto ancora più oscuro

Impossibile da fotografare con un telescopio e lungi dall’essere pienamente compresa, la materia oscura è comunque ovunque.

I misteri più profondi della materia oscura riguardano la sua natura e il suo comportamento. L’idea prevalente riguardo alla materia oscura è la teoria della materia oscura fredda (CDM), che presuppone che la materia oscura sia costituita da particelle a bassa velocità che non interagiscono tra loro. Questo pensiero è stato discusso ed è nuovamente oggetto di dibattito. Guidato dall’astrofisico Hai Bo Yu, un team di ricercatori dell’Università della California Riverside ha ideato un’idea alternativa che spiega gli estremi in cui la materia oscura fredda non funziona così bene.

Si ritiene che le galassie e gli ammassi di galassie siano circondati da aloni di materia oscura. Da un lato del dibattito ci sono gli aloni di materia oscura galattica che sono troppo densi per essere compatibili con il CDM, e dall’altro ci sono gli aloni di materia oscura galattica che sono troppo diffusi perché il CDM possa comprenderli. Yu e i suoi colleghi suggeriscono invece che qualche forza oscura (scusate i fan di Star Wars – no IL forza) fa sì che le particelle di materia oscura entrino in collisione tra loro. Questa è la materia oscura autointeragente, o SIDM.

L’idea di particelle invisibili che interagiscono, spingendosi l’una con l’altra lontano e verso l’esterno in una corona diffusa, o più vicine tra loro e verso l’interno in una corona densa, potrebbe essere ciò che stavamo cercando nel buio. Ma prima, perché si ritiene che la materia oscura sia fredda?

Perso nel buio

La materia oscura è “oscura” perché le sue interazioni con la materia visibile e la radiazione elettromagnetica sono deboli o inesistenti. Nessuna luce può illuminarlo perché non è in grado di effettuare interazioni significative con nessun tipo di radiazione elettromagnetica. Il motivo per cui la materia oscura è descritta come “fredda”, almeno secondo la teoria della materia oscura fredda, è che si pensa che le particelle lente si muovano molto più lentamente della velocità della luce.

Il CDM rimane il modello standard per la materia oscura perché serve a costruire e mantenere strutture cosmiche come le galassie. Se la materia oscura fosse fredda, potrebbe raccogliersi e aggregarsi più facilmente che se viaggiasse nel vuoto dello spazio, come accadrebbe se tutta la materia oscura fosse “calda” o costituita da particelle più leggere che si muovono ad alta velocità. Le particelle di materia oscura calda sarebbero troppo veloci per formare strutture per lunghi periodi di tempo e potrebbero appiattire qualsiasi struttura esistente con cui entrano in collisione. La materia oscura calda si trova a metà tra il freddo e il caldo.

Quanti tipi di materia oscura esistano effettivamente non è noto. Alcuni scienziati insistono sul fatto che tutta la materia oscura è fredda, mentre altri sostengono che ne esista più di un tipo.

Sebbene il CDM non affermi che questa materia invisibile sia completamente immobile, non consente la collisione di molte particelle di materia oscura. È qui che entra in gioco SIDM.

Fai più luce

Mentre la materia oscura calda e calda era fuori dall’ambito del loro studio, Yu e il suo team hanno testato se la SIDM potesse spiegare un aspetto della materia oscura fredda che in realtà non funziona: fatica a spiegare gli aloni di materia oscura molto densi e molto diffusi.

“Nel [diffuse scenario]Le interazioni trasferiscono il calore dalle regioni della corona esterna a quella interna, riducendo la densità centrale; Nel [dense scenario]“La direzione del flusso di calore si inverte e la corona interna diventa più densa rispetto alla sua controparte CDM”, hanno affermato in una nota. Stare È stato recentemente pubblicato su The Astrophysical Journal Letters.

Galassie ultradiffusive Le UDG sono galassie nane particolarmente deboli perché le loro stelle sono molto distanti l’una dall’altra. Il gas di formazione stellare è distribuito in uno strato troppo sottile per produrre molte nuove stelle. L’alone di materia oscura di una galassia ultradiffusa arriva molto più lontano di quello di una normale galassia nana, cosa che non dovrebbe accadere con le particelle non in collisione proposte dal CDM: le particelle che non interagiscono sarebbero più vicine tra loro e produrrebbero una galassia più densa. alone con portata più breve. Il SIDM consente alle particelle di scontrarsi e trasferire calore, e la conseguente espansione della materia oscura potrebbe spiegare perché questi aloni sono così comuni.

Il secondo scenario riguarda gli aloni di materia oscura che sono così densi da avere un effetto sulla lente gravitazionale. Questi aloni densi contengono abbastanza materia oscura da piegare lo spaziotempo in modo che anche la luce che viaggia attraverso quella regione dello spazio venga piegata. A causa di questi disturbi, l’oggetto dietro la galassia lenticolare viene ingrandito, anche se spesso in modo alquanto distorto. Il SIDM supporta anche concentrazioni di materia oscura sufficienti a influenzare la lente gravitazionale, perché le particelle in collisione dovrebbero essere in grado di puntare verso l’interno così come verso l’esterno. Le particelle che entrano in collisione tra loro aumentano la densità della corona e uno sciame di particelle può formare un’enorme bolla di materia oscura che produce lenti gravitazionali.

Siamo ancora all’oscuro riguardo alla materia oscura in molti modi. Fino a quando non ci sarà un modo per rilevarli direttamente, dovremo fare affidamento sul lavoro teorico per vedere se idee come SIDM possono essere di qualche utilità. Forse un giorno avremo un metodo di rilevamento diretto che farà finalmente luce sui segreti della materia oscura.

Lettere del diario astrofisico2023. ID digitale: 10.3847/2041-8213/ad0e09