Finalmente chiaro cos’è la materia oscura? Gli anelli di Einstein confermano una teoria precedente

Si ritiene che oltre l’80% dell’universo sia costituito da materia oscura. Ma cos’è esattamente? Non è facile da capire poiché la materia è completamente invisibile. Un nuovo sguardo agli anelli di Einstein fa luce sulla questione.

Sappiamo solo che la materia oscura esiste perché possiamo osservare i suoi effetti indiretti su stelle e galassie. I movimenti di queste galassie possono essere compatibili con la gravità e la relatività solo se esiste qualcosa come la materia oscura. Ma cosa sia esattamente non è affatto chiaro. Sebbene ci siano determinate condizioni che la materia oscura deve soddisfare: ha massa, è presente in grandi quantità in tutte le galassie, non può essere rilevata ed è diffusa, cioè non può aggregarsi per formare un corpo celeste. Inoltre, si sospetta che si tratti di una particella elementare ancora sconosciuta.

Un alone di materia oscura
Ulteriori informazioni sulla materia oscura i ricercatori hanno guardato del Università di Hong Kong alla curvatura della luce sotto l’influenza della gravità.
La maggior parte delle galassie lontane che possiamo osservare sembrano circondate da un alone di materia oscura. Ma poiché la misteriosa sostanza non emette, assorbe o riflette la luce, è incredibilmente difficile da identificare.

Per andare avanti, gli scienziati hanno avanzato due ipotesi, che ora sono predominanti: la materia oscura sarebbe costituita da particelle relativamente pesanti chiamate “particelle massicce debolmente interagenti”, o WIMP. L’altra opzione è che sono particelle estremamente leggere chiamate assioni. In teoria, i WIMP si comporterebbero come particelle discrete, mentre gli assioni si comporterebbero molto più come onde.

Visione distorta della realtà
È stato difficile capire quale di queste due opzioni avesse più senso, ma la flessione della luce attorno a galassie lontane ora offre alcuni indizi interessanti. Quando la luce viaggia attraverso l’universo e passa davanti a un oggetto di grandi dimensioni, come una galassia, si piega perché, secondo la teoria della relatività di Einstein, la gravità dell’oggetto deforma lo spazio e il tempo attorno ad esso.

Ciò significa, ad esempio, che quando guardiamo una galassia lontana, otteniamo un’immagine distorta di altre galassie al di là. E se accade in una linea perfetta, la luce della galassia dietro può essere vista come un cerchio attorno alla galassia più vicina.

Einstein lo aveva già previsto
Questa distorsione della luce è anche chiamata lente gravitazionale o lente gravitazionale e i cerchi di luce che si possono formare in questo modo sono chiamati anelli di Einstein, così chiamati perché Einstein ne predisse l’esistenza nel 1936. Studiando la deformazione di questi anelli, gli astronomi possono saperne di più sulle proprietà dell’alone di materia oscura attorno alla galassia più vicina .

Ed è esattamente quello che hanno fatto i ricercatori di Hong Kong. Hanno esaminato diversi sistemi in cui erano visibili più copie dello stesso oggetto sullo sfondo intorno a una galassia in primo piano, con particolare attenzione a HS 0810+2554.

Sempre gli assioni
Usando modelli dettagliati, hanno esaminato come sarebbero le immagini se la materia oscura fosse composta da WIMP rispetto a come sarebbero se la materia fosse composta da assioni. Il modello WIMP non assomigliava molto alle immagini reali, ma il modello axion riproduceva accuratamente tutte le caratteristiche del sistema. La conclusione è quindi che gli assioni sono il candidato più logico per la materia oscura.

Conferma delle ricerche precedenti
Questo nuovo studio si basa su ricerche precedenti che indicavano anche gli assioni come la forma più probabile di materia oscura. Anche se questo studio non porrà fine al dibattito sulla natura della materia oscura, apre nuove possibilità di test e sperimentazione. Ciò consente future osservazioni di lente gravitazionale sono usati per studiare ulteriormente la natura ondulatoria degli assioni e possibilmente determinare la loro massa.

Una migliore comprensione della materia oscura è qualcosa che gli scienziati hanno cercato a lungo. Ciò ha implicazioni per ciò che sappiamo sulla fisica delle particelle e sull’universo primordiale. Potrebbe anche aiutarci a capire meglio come si formano e cambiano le galassie nel tempo.