Scienziati intercettano materia oscura di 12 miliardi di anni fa

I ricercatori hanno analizzato la distorsione della radiazione cosmica di fondo causata dalla materia oscura delle galassie primordiali così come erano 12 miliardi di anni fa (credito: Reiko Matsushita)

I ricercatori potrebbero aver intercettato la presenza per la prima volta della materia oscura che esisteva 12 miliardi di anni fa. Il metodo usato per individuare la materia oscura “primordiale”, come spiega Space.com, viene descritto in uno studio presentato da un team di ricercatori dell’Università di Nagoya. Questa materia oscura primordiale sarebbe meno “grumosa” rispetto a quanto avevano previsto alcuni modelli. Lo studio è stato pubblicato su Physical Review Letters.[1]

“Un’idea pazzesca”

I ricercatori non hanno individuato i componenti di base della materia oscura, hanno individuato gli effetti che essa ha sulla radiazione cosmica di fondo. È un metodo simile a quello che si mette in atto normalmente per studiare la materia oscura, solo che in questo caso le galassie in questione hanno miliardi e miliardi di anni. Si tratta comunque di “un’idea pazzesca”, come spiega Masami Ouchi, uno dei ricercatori dell’Università di Tokyo impegnato nello studio, semplicemente perché a nessuno era venuto in mente che era possibile farlo: “Ma dopo aver tenuto un discorso su un grande campione di galassie distanti, Hironao è venuto da me e ha detto che potrebbe essere possibile osservare la materia oscura attorno a queste galassie con la CMB (fondo cosmico a microonde, n.d.r.)”.

Un metodo che si usa per studiare la materia oscura

Uno dei pochi metodi che abbiamo per intercettare almeno la presenza della materia oscura è quello di analizzare i suoi effetti gravitazionali sulla materia “normale” che si trova nelle sue vicinanze o sulla luce di altri oggetti. In quest’ultimo caso si osserva la luce proveniente da un oggetto che si trova dietro la galassia (rispetto al nostro punto di vista). In questo modo la luce di questa terza galassia, per l’effetto del microlensing, viene deformata o distorta dalla materia, compresa quella oscura, della galassia frapposta.

Per galassie “primordiali” metodo è meno efficace

Per galassie lontane milioni di anni luce, la cosa è fattibile in maniera relativamente agevole quando si verificano tutte le condizioni necessarie. Per galassie lontane miliardi di anni luce, addirittura 10 o 12 miliardi di anni (le galassie dell’universo primordiale), la cosa comincia a farsi complicata in quanto l’effetto della lente gravitazionale tende ad affievolirsi. Questo significa che la luce della terza galassia posta dietro alla galassia per la quale si vuole intercettare la presenza della materia oscura nella maggior parte dei casi è troppo debole per analizzare l’effetto di microlensing.

Usata radiazione cosmica di fondo

Tuttavia in questo caso i ricercatori hanno usato, come “terzo oggetto”, la radiazione cosmica a microonde, una radiazione “fossile” causata dallo stesso Big Bang che è presente in tutto l’universo in maniera più o meno uniforme. Analizzando gli effetti gravitazionali delle galassie primordiali sulla CMB è possibile acquisire informazioni sulla materia oscura di quelle galassie.

Modello Lambda-CDM forse è imperfetto

Con questo metodo i ricercatori hanno scoperto che il modello Lambda-CDM forse è imperfetto. Secondo questa teoria, comunemente accettata, piccole fluttuazioni nella radiazione cosmica di fondo hanno portato alla creazione di addensamenti di materia i quali poi hanno portato alla formazione di galassie, stelle, pianeti e quant’altro. Ciò dovrebbe essere avvenuto anche per la materia oscura che si sarebbe ammassata in sacche dense.

Dati ancora incerti

Secondo Yuichi Harikane, professore dell’Università di Tokyo che ha partecipato allo studio, si tratta di dati ancora incerti che, se venissero confermati, suggerirebbero che questo modello di formazione delle prime galassie potrebbe risultare difettoso man mano che si va indietro nel tempo: “Questo è eccitante perché se il risultato è valido dopo che le incertezze sono state ridotte, potrebbe suggerire un miglioramento del modello che potrebbe fornire informazioni dettagliate nella natura della materia oscura stessa”.

Note e approfondimenti

  1. Phys. Rev. Lett. 129, 061301 (2022) – First Identification of a CMB Lensing Signal Produced by 1.5 Million Galaxies at $z\ensuremath{\sim}4$: Constraints on Matter Density Fluctuations at High Redshift (DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061301)

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