La dispersione di materia oscura può verificarsi alla giusta risonanza in piccole galassie

Le particelle di materia oscura possono disperdersi l'una contro l'altra solo quando colpiscono la giusta energia, secondo un nuovo studio pubblicato su Physical Review Letters. Questo può spiegare perché le galassie di dimensioni diverse prendono le forme che fanno.

La materia oscura è una forma misteriosa e sconosciuta della materia che comprende più dell'80% della materia nell'Universo oggi - ritenuta responsabile della formazione di stelle e galassie con la sua attrazione gravitazionale, che porta alla nostra esistenza.

Come afferma l'autore Hitoshi Murayama, professore dell'Università di California Berkeley e Kavli Institute for Physics and Mathematics of the Universe Principal Investigator, afferma: "La materia oscura è in realtà la nostra mamma che ha dato alla luce tutti noi. Ma non l'abbiamo incontrata; in qualche modo, ci siamo separati alla nascita. Chi è lei? Questa è la domanda che vogliamo sapere. "

Gli astronomi hanno osservato che la materia oscura non sembra raggrupparsi molto in piccole galassie, ma la loro densità raggiunge picchi acuti in sistemi più grandi come ammassi di galassie. È stato un enigma il motivo per cui diversi sistemi si comportano diversamente (Kavli IPMU - Kavli IPMU ha modificato questa cifra in base all'immagine accreditata dalla NASA, STScI)

Gli astronomi hanno già scoperto che la materia oscura non sembra raggrupparsi tanto quanto le simulazioni al computer suggeriscono che dovrebbe. Se la gravità è l'unica forza che guida la materia oscura, solo tirando e mai spingendo, allora la materia oscura dovrebbe diventare molto densa verso il centro delle galassie. Tuttavia, in alcuni casi - in particolare piccole galassie deboli chiamate sferoidali nani - la materia oscura non sembra diventare densa come previsto nei confronti dei loro centri.

Questo enigma potrebbe essere risolto se la materia oscura si disperde tra loro come palle da biliardo, consentendo loro di espandersi in modo più uniforme dopo una collisione.

Un problema con questa idea è che la materia oscura sembra aggregarsi in sistemi più grandi come ammassi di galassie. Cosa rende la materia oscura comportarsi diversamente tra sferoidali nani e ammassi di galassie? Il team internazionale di ricercatori di istituti in Giappone, Germania e Austria, ha sviluppato una spiegazione che potrebbe risolvere questo indovinello e rivelare finalmente cos'è la materia oscura.

Il fisico cinese Xiaoyong Chu, ricercatore post-dottorato presso l'Accademia delle scienze austriaca, spiega: “Se la materia oscura si disperde tra loro solo a una velocità bassa ma molto speciale, può accadere spesso negli sferoidali nani dove si muove lentamente, ma è raro in gruppi di galassie dove si sta muovendo velocemente. Deve colpire una risonanza. "

La risonanza è un fenomeno comune che incontriamo ogni giorno. Ad esempio, sottolinea Murayama, per estrarre più ossigeno da un bicchiere di vino in modo che emetta più aroma e ne ammorbidisca il gusto, è necessario farlo roteare alla giusta velocità. O su una vecchia radio analogica, gira la manopola per trovare la frequenza giusta per sintonizzarti sulla tua stazione preferita.

Il team sospetta che questo sia esattamente ciò che sta facendo la materia oscura.

Murayama continua: “Per quanto ne sappiamo, questa è la spiegazione più semplice al puzzle. Siamo eccitati perché potremmo sapere presto qual è la materia oscura. "

Tuttavia, la ricercatrice colombiana Camilo Garcia Cely, ricercatrice post-dottorato presso il Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) in Germania, indica che il team inizialmente non era convinto che un'idea così semplice avrebbe spiegato correttamente i dati.

Cely dice: “In primo luogo, eravamo un po 'scettici sul fatto che questa idea spiegasse i dati osservativi; ma una volta provato, ha funzionato come un fascino! ”

Il team ritiene che non sia un caso che la materia oscura possa colpire esattamente la nota giusta.

Cely continua: “Esistono molti altri sistemi in natura che mostrano incidenti simili: nelle stelle le particelle alfa colpiscono una risonanza di berillio, che a sua volta colpisce una risonanza di carbonio, producendo i mattoni che hanno dato vita alla Terra. Un processo simile accade per una particella subatomica chiamata phi. ”

Chu continua: “Potrebbe anche essere un segno che il nostro mondo ha più dimensioni di quelle che vediamo. Se una particella si muove in dimensioni extra, ha energia.

"Per noi che non vediamo la dimensione extra, pensiamo che l'energia sia in realtà una massa, grazie a E = mc2 di Einstein. Forse alcune particelle si muovono due volte più velocemente in una dimensione extra, rendendo la sua massa esattamente il doppio della massa della materia oscura. "

Il prossimo passo del team sarà trovare dati osservativi a sostegno della loro teoria.

Murayama afferma: "Se questo è vero, l'osservazione futura e più dettagliata delle diverse galassie rivelerà che la dispersione della materia oscura dipende davvero dalla sua velocità".

Sta guidando un gruppo internazionale separato che intende fare proprio questo usando lo spettrografo Prime Focus in costruzione. Lo strumento da 80 milioni di dollari sarà montato sul telescopio Subaru in cima a Mauna Kea a Big Island, nelle Hawaii, che sarà in grado di misurare la velocità di migliaia di stelle in sferoidali nani.

Ricerca originale Lettere di revisione fisica: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.071103

Originariamente pubblicato su sciscomedia.co.uk il 28 febbraio 2019.