I radar usati per rilevare le meteore potrebbero essere utilizzati per osservare le particelle di materia oscura che entrano nell’atmosfera terrestre.

I ricercatori della Ohio State University hanno escogitato un nuovo metodo per rilevare la materia oscura, basato sulla tecnologia esistente di rilevamento dei meteoriti. Usando i radar terrestri per cercare scie di ionizzazione, simili a quelle prodotte dalle meteore mentre sfrecciano nell’aria, sperano di sfruttare l’atmosfera terrestre come un enorme rilevatore di particelle.

I risultati degli esperimenti che utilizzano questa tecnica aiuterebbero i ricercatori a restringere la gamma di possibili caratteristiche delle particelle di materia oscura.

Queste oscure materie

materia oscura
La distribuzione degli elementi che compongono l’Universo. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center

L’esistenza della materia oscura è ormai ben accettata dai fisici tradizionali.

Da quando Lord Kelvin ha calcolato che la massa di tutte le stelle nella galassia della Via Lattea era molto inferiore alla massa della galassia stessa, sappiamo che gran parte della materia nell’Universo non ci è visibile.

Man mano che la tecnologia è migliorata, abbiamo imparato a rilevare cose che erano nascoste dai telescopi a luce visibile, ma non siamo ancora in grado di spiegare tutta la materia mancante. Chiamiamo questo materiale mancante “materia oscura” e le stime attuali dicono che ben l’85% della massa dell’universo è costituito da materia oscura (comprendendo anche l’energia oscura).

La maggior parte dei fisici ora ritiene che la materia oscura sia composta da una particella non ancora scoperta.

Il dottor John Beacom della Ohio State University ha proposto un esperimento per determinare le caratteristiche di questa particella. Vuole adattare la tecnologia radar utilizzata per rilevare e misurare i meteoriti mentre attraversano l’atmosfera, usandola per cercare strisce simili che potrebbero indicare una particella di materia oscura che si scontra con le molecole d’aria. Questa tecnica utilizzerebbe stazioni radar a terra per rilevare e misurare scie di ionizzazione attraverso l’alta atmosfera.

Un rilevatore naturale di materia oscura

Simulazione della distribuzione della materia oscura nell’Universo. Credit: Tom Abel & Ralf Kaehler (KIPAC, SLAC), AMNH

Quando un meteoroide entra nell’atmosfera terrestre, attraversa l’aria più velocemente di quanto l’aria stessa possa spostarsi. Ciò fa sì che l’aria davanti alla meteora si comprima e diventi così calda da ionizzarsi: le singole molecole d’aria si scontrano così forte da perdere elettroni.

L’aria ionizzata non solo si illumina, ma è opaca alle onde radio. Ciò fa sì che i segnali radar si riflettano sulla terra, consentendo di rilevare le meteore anche durante il giorno.

I fisici teorici hanno calcolato le caratteristiche fisiche che le particelle di materia oscura potrebbero avere. Sfortunatamente, poiché la maggior parte di ciò che sappiamo di queste particelle è che interagiscono debolmente con la materia normale (finora l’abbiamo rilevata solo per la sua influenza gravitazionale), questo lascia un’ampia gamma di possibilità.

Ma se le particelle di materia oscura rientrassero nell’estremità più ampia e più pesante della gamma di possibilità, allora interagirebbero più facilmente con la materia “normale”, sebbene queste interazioni sarebbero ancora rare.

Se queste particelle sono grandi, i rilevatori tradizionali a terra potrebbero non vederle mai, perché le particelle vengono assorbite dall’atmosfera terrestre. Ma se ciò accade, dovrebbero avere abbastanza energia per produrre una scia di ionizzazione, simile a quella che vediamo con le meteore. Le installazioni radar per il rilevamento di meteoriti potrebbero quindi essere adattate anche alla ricerca di particelle di materia oscura, trasformando essenzialmente l’intera atmosfera terrestre in un rilevatore di particelle giganti.

Vale la pena notare che nessuno sa ancora se le particelle di materia oscura produrranno effettivamente queste scie di ionizzazione. I rilevatori costruiti utilizzando questa tecnica potrebbero non vedere mai nulla. Ma in entrambi i casi, rilevamenti o non rilevamenti, sarebbero comunque un risultato importante. Un esperimento che utilizza questa tecnica di rilevamento potrà infatti rispondere alla domanda: “Le particelle di materia oscura sono grandi, pesanti e rare? O sono piccole, leggere e numerose?”

Riferimenti: Universe Today

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