NASA Fermi: nuovi indizi per la materia oscura

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Credit: T. Linden, Univ. of Chicago

Nuovi indizi della sfuggente materia oscura arriverebbero dal centro della nostra Galassia grazie ai dati rilevati dal telescopio della NASA Fermi.

Un gruppo di scienziati indipendenti del Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) e del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha sviluppato nuove mappe che dimostrerebbero una maggiore emissione di raggi gamma dal centro galattico, che potrebbe essere spiegata con alcune forme di materia oscura, la cosiddetta massa mancante dell'Universo.

"Le nuove mappe ci permettono di analizzare l'eccesso e di verificare se può essere spiegato più convenzionalmente con la presenza di pulsar sconosciute, collisioni di raggi cosmici su nubi di gas e simili", spiega Dan Hooper, un astrofisico al Fermilab di Batavia, Illinois, autore principale dello studio.
"Ma il segnale che abbiamo trovato non può essere spiegato dalle alternative attualmente proposte mentre è in accordo con le previsioni di semplici modelli di materia oscura".

Il centro galattico pullula di sorgenti di raggi gamma che interagiscono con sistemi binari, pulsar isolate, resti di supernovae e particelle che si scontrano con il gas interstellare ma è anche il luogo dove gli astronomi si aspettano di trovare la più alta concentrazione di materia oscura. Quest'ultima attirerebbe la materia normale, formando una base per le strutture visibili, come le galassie. 

Per la verità, nessuno sa di cosa sia composta.
Si pensa che le componenti possano essere due: una di tipo barionico, cioè materia "ordinaria" fatta da atomi, e una più "esotica".
La componente barionica è costituita da oggetti massicci ma non luminosi, chiamati MACHO (Massive Astrophysical Compact Halo Objects).
Pianeti, nane bianche, nane brune, stelle di neutroni e buchi neri che emettono una luce troppo scarsa per poter essere rilevati.
La materia oscura non barionica, o esotica, invece, non è costituita da oggetti compatti ma da particelle. Queste particelle, chiamate WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), sono pensate per essere molto massive (100 volte più pesanti di un protone o anche di più). Vagherebbero nel cosmo, addensandosi in prossimità delle galassie a causa dell'attrazione gravitazionale.

I teorici hanno immaginato una vasta gamma di tipi di WIMP, alcuni dei quali possono sia annientarsi reciprocamente che produrre una particella in rapido decadimento quando entrano in collisione. In entrambi i casi, i WIMP finirebbero per produrre raggi gamma, la forma più energetica della luce rilevata dal Large Area Telescope (LAT) Fermi.

Quando gli astronomi hanno sottratto con estrema precisione ogni sorgente di emissioni nota, è rimasto comunque qualcosa, che sembra essere più evidente ad energie tra 1 e 3 miliardi di elettronvolt (GeV) e si estende verso l'esterno per almeno 5.000 anni luce dal centro galattico.

Hooper e colleghi hanno concluso che quanto rilevato, deve essere il risultato di una annichilazione di particelle di materia oscura con una massa tra i 31 e 40 GeV, presentando i loro risultati in un documento pubblicato sulla rivista Physical Review D.
Analisi complesse, comunque, che lasciano non poche incertezze.

Ma il team è fiducioso:
"La materia oscura in questa fascia di massa può essere sondata direttamente dal Large Hadron Collider (LHC)", ha dichiarato Tracy Slatyer, co-autore dello studio e fisico presso il MIT.
"Questo è un segnale molto emozionante, e mentre il caso non è ancora chiuso, in futuro potremmo guardare indietro e ricordare che questo era il luogo dove abbiamo visto annichilazione da materia oscura per la prima volta".

Riferimenti:
- http://www.nasa.gov/content/goddard/fermi-data-tantalize-with-new-clues-to-dark-matter/index.html#.Uz6S5fl_sbF
- http://arxiv.org/pdf/1402.6703v1.pdf
- http://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.89.042001
- http://www.lngs.infn.it/lngs_infn/index.htm?mainRecord=http://www.lngs.infn.it/lngs_infn/contents/lngs_it/public/educational/physics/dark_matter/