Questa è una sfida che affrontano gli astronomi studiando la materia oscura. La seguente simulazione rivela come potrebbe apparire se potessimo vederla

Sebbene la materia oscura comprenda l’85 percento di tutta la materia nell’universo, non interagisce con la luce. Può essere vista solo attraverso l’influenza gravitazionale che ha sulla luce e su altra materia. Finora gli sforzi per rilevarla direttamente sulla Terra non hanno avuto successo. Nonostante sia “sfuggente”, abbiamo imparato molte cose a riguardo. Sappiamo che non è solo buia ma anche fredda. Si raggruppa insieme, formando “i semi degli ammassi di galassie”. Spesso forma anche aloni attorno alle galassie, che costituiscono la maggior parte della massa di esse. Tuttavia, ci sono ancora molte domande senza risposta sulla materia oscura, quindi gli astronomi spesso sviluppano nuovi modelli confrontandoli con l’osservazione per testarne l’accuratezza.

Materia oscura
Aloni di materia oscura simulati. Credit: J. Wang / S. Bose / Center for Astrophysics

Le simulazioni

Un modo per farlo è attraverso sofisticate simulazioni al computer. Recentemente un team dell’Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics ha eseguito una simulazione dettagliata ed ha ottenuto alcuni risultati sorprendenti (l’accuratezza di qualsiasi simulazione dipende dalle ipotesi). In questo caso, il team ha ipotizzato che la materia oscura sia costituita da particelle massicce che interagiscono debolmente (WIMP) con una massa circa 100 volte quella di un protone.

Materia oscura
La simulazione mostra aloni di materia scura in tutte le scale.
Credit: J. Wang; S. Bose / Center for Astrophysics

I WIMP sono una delle teorie più popolari circa l’argomento. Simulazioni simili sono state fatte già in precedenza ma questa è in alta risoluzione e simula caratteristiche su una scala che va da trenta ordini di grandezza. In questa simulazione, la materia oscura si è formata in aloni attorno alle galassie. Ma è interessante notare che gli aloni si sono sviluppati anche a tutte le scale di massa, dai piccoli aloni di massa planetaria, agli aloni galattici, agli aloni massicci che si formano attorno agli ammassi di galassie. Questi aloni hanno una struttura simile: sono più densi verso il loro centro, diventando più diffusi ai loro bordi. Il fatto che ciò avvenga a tutte le scale la rende una caratteristica della materia oscura. Sebbene gli aloni su piccola scala siano troppo piccoli per essere rilevati attraverso la loro influenza gravitazionale sulla luce, potrebbero dirci come la materia oscura interagisce. Un’idea è che quando le particelle di materia oscura si scontrano, emettono radiazioni gamma.

Materia oscura
Il rilevatore di neutrini IceCube in Antartide cerca WIMP.
Credit: IceCube Collaboration / NSF

Eccessi di raggi gamma

Alcune osservazioni di raggi gamma hanno suggerito un eccesso di essi provenienti dal centro della nostra galassia: potrebbe essere causato proprio dalla materia oscura.  In questo particolare modello, la maggior parte delle radiazioni gamma prodotte proviene da aloni più piccoli. Poiché la scala di un alone influenzerebbe lo spettro di energia dei raggi gamma, questo modello fa previsioni specifiche sull’eccesso di raggi gamma che dovremmo vedere sia nella Via Lattea che in altre galassie.

La materia oscura rimane uno dei maggiori problemi irrisolti nell’astronomia moderna. Anche se ci piacerebbe rilevarla direttamente, fino a quando ciò non accadrà, simulazioni come questa sono uno dei nostri strumenti più potenti per comprenderla meglio.

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