Eccesso di radiazioni gamma

La scoperta recente di una galassia nana in orbita attorno alla nostra Galassia ci ha offerto una sorpresa: stando ai risultati degli scienziati delle università Carnegie Mellon, Brown e Cambridge sembra emettere raggi gamma. La fonte precisa di questa emissione ad alte energie non è chiara al momento, ma potrebbe trattarsi di un segnale proveniente dalla materia oscura nascosta al centro della galassia.

«Se puntiamo verso questa galassia nana, vediamo qualcosa che sta emettendo raggi gamma», ha detto Alex Geringer-Sameth, ricercatore post-doc presso il dipartimento di Fisica della Carnegie Mellon University e autore principale dell’articolo. «Non esiste alcuna spiegazione convenzionale a questo tipo di emissione, perciò pensiamo che potrebbe trattarsi di un segnale proveniente dalla materia oscura contenuta nella galassia».

La galassia nana, chiamata Reticulum 2, è stata scoperta nelle ultime settimane grazie ai dati della Dark Energy Survey, un esperimento che si propone di mappare il cielo australe per comprendere meglio l’espansione dell’universo. Ad una distanza di circa 98.000 anni luce dalla Terra, Reticulum 2 si attesta come una delle galassie nane più vicine mai osservate. Utilizzando i dati pubblici ottenuti con il telescopio a raggi gamma Fermi della NASA, Geringer-Sameth e Matthew Walker della Carnegie Mellon e Savvas Koushiappas della Brown hanno messo in evidenza un eccesso di emissione gamma proveniente dalla direzione della galassia.

«Per chi cerca segnali provenienti dalla materia oscura, l’emissione gamma da parte di una galassia nana è sempre stata considerata un’indicazione molto forte», ha dichiarato Koushiappas. «A quanto pare stiamo rilevando questo segnale per la prima volta».

I ricercatori hanno inviato l’articolo alla rivista Physical Review Letters per una revisione, e sottolineano che, sebbene i risultati preliminari siano entusiasmanti, c’è ancora molto lavoro da fare prima di poter confermare l’origine di questa emissione e la sua correlazione con la materia oscura presente nella galassia.

Nessuno sa di preciso cosa sia la materia oscura, ma si pensa che rappresenti circa l’80% di materia contenuta nell’universo. Gli scienziati sanno che la materia oscura esiste, perché esercita effetti gravitazionali sulla materia visibile, permettendo di spiegare il moto delle galassie e degli ammassi di galassie, così come le fluttuazioni nella radiazione cosmica di fondo.

«L’osservazione indiretta della materia oscura attraverso i suoi effetti gravitazionali ci dice molto poco circa il comportamento delle particelle di cui è composta», ha detto Matthew Walker. «Ma se questi dati venissero confermati potremmo avere una rilevazione non-gravitazionale che mostra un comportamento particellare della materia oscura: una specie di santo graal».

Una delle teorie più accreditate suggerisce che le particelle di materia oscura siano WIMPs – Weakly Interacting Massive Particles (letteralmente “particelle massicce debolmente interagenti”). Quando le coppie di WIMP si incontrano, si annichilano emettendo raggi gamma di alta energia. Se questo è vero, allora dovremmo osservare un sacco di raggi gamma provenienti da luoghi in cui ci aspettiamo che le WIMP siano abbondanti, come i nuclei densi delle galassie. Il problema è che le radiazioni ad alta energia vengono emesse anche da molte altre fonti, tra cui i buchi neri e le pulsar. Questo rende difficile distinguere un segnale di materia oscura dal rumore di fondo.

Ecco perché le galassie nane sono importanti per la caccia alla particella di materia oscura. Le galassie nane sono considerate prive di altre fonti di raggi gamma, così che l’osservazione di un flusso di gamma da una galassia nana sarebbe un’indicazione molto forte della presenza di materia oscura. «Sono fondamentalmente sistemi molto puliti e tranquilli», ha detto Koushiappas.

Gli scienziati hanno cercato l’emissione di raggi gamma da galassie nane per parecchi anni utilizzando il telescopio a raggi gamma Fermi della NASA. Non è mai stato osservato un segnale convincente fino ad ora.

Negli ultimi anni Geringer-Sameth, Koushiappas e Walker hanno sviluppato una tecnica di analisi che cerca segnali deboli nei dati di raggi gamma, segnali che potrebbero essere dovuti all’annichilazione di materia oscura. Con la scoperta di Reticulum 2, Geringer-Sameth ha rivolto la sua attenzione a quella parte del cielo, analizzando tutti i raggi gamma provenienti dalla direzione della galassia nana nonché quelli provenienti da zone adiacenti del cielo per ottenere il segnale di fondo da sottrarre.

«Nella direzione di questa galassia sembrava esserci un eccesso di raggi gamma, superiore a quello che ci si aspetta da normali processi in background», ha detto Geringer-Sameth. «Considerando i modi in cui riteniamo che i raggi gamma vengano prodotti, non sembra che altri processi siano in grado di spiegare questo segnale». Ulteriori studi delle caratteristiche di questa galassia nana potrebbero rivelare le fonti nascoste di questi raggi gamma, ma i ricercatori sono cautamente ottimisti. «Il fatto che ci siano i raggi gamma e un addensamento di materia oscura nella stessa direzione rende queste osservazioni molto interessanti», ha detto Walker.

Fonte: Media INAF | Scritto da Elisa Nichelli