Forti indizi di materia scura ‘leggera’ nel centro galattico

C’è una strana ‘emissione’ nel centro galattico ed esistono forti evidenze che si tratti di materia scura ‘leggera’ che sta per esaurirsi. Allo stesso tempo, alcuni rivelatori sotterranei ultra sensibili stanno cercando degli indizi sull’esistenza di particelle simili. La maggior parte dei teorici ritiene che le WIMPs siano le particelle più probabili che compongono la materia scura e che annichilando, quando collidono, producono una pioggia di radiazione di alta energia. Il telescopio spaziale Fermi sta scandagliando il cielo per rivelare la presenza di eccessi anomali di raggi-gamma che provengono dal centro della Via Lattea e dove ci aspettiamo che sia maggiormente concentrata la materia scura. L’anno scorso, gli scienziati esclusero un segnale attorno a 130 GeV come risultato della collisione di particelle di materia scura. Tuttavia, ne esiste un altro rivelato nel 2010, sempre da Fermi, per cui si calcola un limite alla massa delle particelle candidate attorno a 10 GeV (post).

Quel segnale è stato in parte dibattuto perchè è stato osservato molto vicino al nucleo della nostra galassia, una regione densa di gas ad alta temperatura dove avvengono fenomeni violenti, come la nascita di nuove stelle ed esplosioni stellari in prossimità del buco nero supermassiccio. Inoltre, una possibile spiegazione è stata quella di considerare le pulsar, cioè stelle di neutroni in rapida rotazione, come sorgenti di alta energia. Ora, però, i nuovi dati di Fermi permettono di avere una maggiore chiarezza per affermare che il segnale sia davvero il risultato della presenza di materia scura. Il gruppo di Dan Hooper e Tracy Slatyer dell’Institute for Advanced Study in Princeton hanno trovato che il segnale è talmente distante dal nucleo galattico che risulta improbabile il fatto che i raggi gamma siano prodotti nel caos di quelle regioni. In un altro articolo, Hooper e Slatyer affermano che le pulsar non sono gli oggetti più adatti per spiegare l’emissione di alta energia. Infatti, nessuna delle 37 pulsar di cui è stato analizzato lo spettro producono un segnale equivalente a 10 GeV e nemmeno il loro numero è sufficiente per generare l’eccesso di radiazione misurato. I rivelatori di particelle sotterranei mostrano alcuni indizi sul fatto che sia possibile generare un segnale di 10 GeV. Questi esperimenti hanno lo scopo di misurare la luce ed il calore che vengono emessi quando le particelle di materia scura collidono con i nuclei degli atomi, come il germanio ed il silicio, del rivelatore (post). Alcuni esperimenti, come XENON-10 e XENON-100, escludono un segnale di 10 GeV, anche se alcuni scienziati suggeriscono che questi risultati devono essere rivisti e aggiustati. C’è poi chi ritiene che l’eccesso di raggi-gamma possa provenire da qualche altra regione del cielo, per esempio dalle galassie nane che possiedono una grande quantità di materia scura e non stelle di grande massa, ma ciò renderebbe l’interpretazione stessa dell’esistenza di materia scura un paradigma piuttosto che una curiosità. Dunque, se riuscissimo ad eliminare in qualche modo il cuore della Via Lattea, allora sarebbe molto più facile individuare i raggi-gamma dal processo di annichilazione delle particelle di materia scura. Fermi, e altri telescopi, stanno eseguendo lunghe campagne osservative di galassie nane e poichè sono molto deboli si tratta di un processo che può richiedere diversi anni prima che i dati di queste misure siano disponibili. Oggi, esiste qualche dubbio in merito alla rivelazione diretta perchè le particelle di materia scura che hanno una massa di 10 GeV si trovano all’estremità dell’intervallo di misure che il rivelatore CDMS-II è in grado di osservare. Ciò implica che i tre eventi che sono stati annunciati di recente possano essere puramente rumore. La conferma potrebbe arrivare in maniera indipendente tra qualche mese quando saranno disponibili i primi risultati dell’esperimento LUX (post), che è una versione più grande del rivelatore XENON. LUX è talmente sensibile che se ci sarà qualche particella con una massa compresa nell’intervallo 8-10 GeV allora essa sarà quasi sicuramente osservata, almeno così si spera.

arXiv: Two Emission Mechanisms in the Fermi Bubbles: A Possible Signal of Annihilating Dark Matter

arXiv: Pulsars Cannot Account for the Inner Galaxy's GeV Excess

arXiv: The unbearable lightness of being: CDMS versus XENON

arXiv: Connecting Direct Dark Matter Detection Experiments to Cosmologically Motivated Halo Models