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Fondamenti della materia

Segnali di materia oscura nel cielo gamma?

Pubblicato sul Physical Review Letters, lo studio mostra che una correlazione osservata tra la distribuzione di galassie e la radiazione gamma potrebbe essere dovuta alla presenza di una particella elusiva capace di spiegare la materia oscura dell'Universo

Uno dei grandi problemi aperti della fisica contemporanea è spiegare di cosa sia composta la materia oscura che permea l'Universo e che rappresenta una frazione non trascurabile, circa un quarto, dell'intero Universo. Si tratta di una delle grandi sfide del settore di ricerca che va sotto il nome di fisica astroparticellare: con un enorme sforzo sia teorico sia sperimentale, si stanno cercando vari tipi di segnali, e a tal fine si sono messi in "ascolto" i più grandi e potenti rivelatori del mondo.
Il team di ricerca è composto da Nicolao Fornengo, Marco Regis e Alessandro Cuoco (ora ad Aachen, in Germania) del Dipartimento di Fisica dell'Università di Torino e dell'INFN, insieme ai colleghi Enzo Branchini dell'Università di Roma III, Matteo Viel dell'INAF di Trieste e Jun-Qing Xia dell'Institute of High Energy Physics di Pechino che si sono posti l'obiettivo di cercare un segnale prodotto dalla materia oscura, guardando al problema da un nuovo punto di vista.

Da cosa nasce la nostra idea? Se la materia oscura è presente nelle strutture cosmologiche (galassie e ammassi di galassie) e se è composta, come si ipotizza, da particelle elementari nuove e ancora sconosciute che producono un segnale in termini di radiazione gamma, allora deve essere possibile mettere in relazione l'emissione gamma cosmologica con la distribuzione della materia su grande scala nell'Universo. In altre parole abbiamo cercato di capire se ci fosse una correlazione fra la distribuzione di materia al di fuori della nostra galassia e i segnali elettromagnetici che essa può produrre.
Il risultato? Questa correlazione è stata effettivamente misurata. Non solo: il segnale ha le caratteristiche che ci si aspetta se fosse prodotto da materia oscura.

Per fare questo, abbiamo usato i dati del telescopio spaziale Fermi della NASA (a cui partecipano INFN, INAF e ASI) che, orbitando attorno alla Terra, misura continuamente la radiazione gamma proveniente dal cosmo, assieme alla distribuzione di galassie del catalogo 2MASS, ottenuta con telescopi operativi in Arizona e in Cile. Proprio la correlazione tra queste due informazioni (distribuzione dei raggi gamma e distribuzione delle galassie) ha permesso di individuare il segnale e di mostrare che esso è compatibile con una produzione dovuta alla materia oscura.
Questa misura è la prima del suo genere, e la tecnica su cui si basa si è dimostrata molto promettente. L'interpretazione in termini di materia oscura funziona particolarmente bene anche se non è ancora possibile escludere con certezza che il segnale sia dovuto a emissione di raggi gamma da sorgenti astrofisiche come i nuclei galattici attivi. Saranno necessari altri dati, che arriveranno nei prossimi anni.
Al momento il gruppo di ricerca sta proseguendo questi studi utilizzando sempre le mappe del telescopio spaziale Fermi e analizzandone le correlazioni con altri cataloghi di galassie.


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