L'osservazione di vecchie nane bianche anormalmente calde confermerebbe l'esistenza di questa sfuggente componente dell'universo

La caccia alla materia oscura, che dovrebbe rappresentare circa l'85 per cento della massa dell'universo e aver avuto un ruolo essenziale nella sua formazione, deve continuare: gli esperimenti condotti finora con i diversi strumenti mesi in campo dalla ricerca hanno fornito buoni indizi della sua reale esistenza ma nessuna prova conclusiva. Tuttavia ci potrebbe essere un modo alternativo per osservarla.

Com'è noto la materia oscura, la cui esistenza è necessaria per poter spiegare la velocità di rotazione delle galassie e il comportamento dei cluster di galassie, deve essere composta di particelle (WIMPS, weakly interacting massive particles) che possono interagire con gli atomi normali, ma solo debolmente e molto di rado. Quando tale interazione avviene, l'urto fra esse e gli atomi dovrebbe liberare una piccola quantità di energia rilevabile.

In un articolo a prima firma Zeeshan Ahmed pubblicato su Science (http://www.sciencemag.org/cgi/content/a ... ce.1186112), vengono riferiti i risultati finali dell'esperimento CDMS-II (Cryogenic Dark Matter Search II), che sfrutta particolari rilevatori al silicio e germanio collocati nella miniera di Soudan, in Minnesota, mantenuti a una temperatura prossima allo zero assoluto. Nel corso dei nove anni durante i quali si è protratto l'esperimento, due sono stati gli eventi che potrebbero essere interpretati come provenienti dall'urto di particelle di materia oscura con atomi normali, rilevati entrambi nel 2007. Dai calcoli dei ricercatori risulta che per avere la certezza della rilevazione dell'esistenza della materia oscura gli eventi di questo tipo avrebbero dovuto essere almeno cinque, ma i ricercatori osservano che tuttavia i risultati fanno sperare che, con altri esperimenti, "ci si può aspettare o quanto meno fortemente sperare che nei prossimi cinque anni qualcuno possa vedere un segnale chiaro".

In realtà un evento fortemente "sospetto" di essere stato generato dall'interazione fra materia normale e materia oscura era già stato rilevato nel 2000 dall'esperimento DAMA, condotto presso i Laboratori nazionali del Gran Sasso dell'INFN. Dato che questo tipo di segnale non era stato però rilevato dagli altri esperimenti analoghi all'epoca in corso - come CDMA negli Stati Uniti e ZEPLIN in Gran Bretagna - diversi ricercatori si sono interrogati sulle possibili ragioni di questa circostanza.

Per spiegare la discrepanza alcuni fisici hanno ipotizzato l'esistenza di differenti tipi di materia oscura che potrebbero interagire solamente con i rivelatori di DAMA. Una di queste è l'ipotesi della materia oscura anelastica, avanzata nel 2001 da David Smith dell'Università della California a Berkeley e Neal Weiner dell'Università di Washington. A differenza della materia oscura normale, "elastica", quella anelastica diverrebbe più "pesante" nell'urto con atomi o ioni di massa sufficientemente elevata, ossia un tipo di ioni utilizzati solamente negli apparti di DAMA.

Ora due gruppi indipendenti di ricercatori, diretti rispettivamente da Dan Hooper del Fermilab e da Matthew McCullough dell'Università di Oxford e Malcolm Fairbairn del King's College di Londra hanno sviluppato la teoria approdando a risultati che potrebbero fornire un nuova metodologia di osservazione della materia oscura.

Essi hanno infatti calcolato - come si può leggere nei rispettivi preprint postati su arXiv: arXiv: 1001.2737 (http://arxiv.org/abs/1001.2737) e arXiv:1002.0005 (http://arxiv1.library.cornell.edu/abs/1002.0005) - il modo in cui la materia oscura dovrebbe interagire all'interno del nucleo di una nana bianca quando essa viene accelerata verso il suo interno dalle forze gravitazionali della stella. Secondo questi calcoli, la materia oscura anelastica dovrebbe interagire più fortemente di quella elastica, finendo per essere assorbita dall'astro. Questo aumento di massa dovrebbe a sua volta determinare una aumento della sua temperatura da 3000 K a 7000 K.

"Se si osserva una regione densa di materia oscura, invece di vedere nane bianche molto fredde, si dovrebbero poter osservare nane bianche vecchie intorno ai 6-7000 Kelvin, e questo ci porterebbe a dire: 'ohh, forse queste nane bianche si stanno raffreddando, ma non possono farlo ulteriormente perché la materia oscura anelastica le scalda'. E questo sarebbe un dato a favore della materia oscura anelastica.", spiega Hooper.

Entrambi i gruppi di studio suggeriscono quindi di andare a caccia di nane bianche insolitamente calde per suffragare l'ipotesi della materia oscura anelastica, anche se mentre lo studio di McCullough e Fairbairn si è focalizzato su regioni vicine come i cluster globulari, il gruppo di Hooper ritiene che dovrebbero esserci più elevate densità di materia oscura in prossimità dei centri galattici.

Fonte: http://lescienze.espresso.repubblica.it ... ra/1342097

I fisici hanno teorizzato a lungo l'esistenza della materia oscura, rivelabile indirettamente tramite i dati relativi alle traiettorie delle galassie ma che non è osservabile direttamente, poiché non assorbe né riflette la radiazione luminosa ed è formata plausibilmente da particelle che interagiscono in modo molto debole con la materia.
In una presentazione tenutasi presso il Fermi National Accelerator Laboratory di Batavia, in Illinois, gli scienziati dell'esperimento Cryogenic Dark Matter Search (CDMS) hanno annunciato due possibili rilevazioni nei dati raccolti nel 2007 e nel 2008.
Tuttavia, gli stessi studiosi ammettono con cautela che entrambi gli eventi potrebbero essere invece le segnature delle particelle di fondo, altri tipi di particelle che imitano i segnali dei candidati a costituire la materia oscura
“I risultati di questa analisi possono essere interpretati come una significativa evidenza delle interazioni della materia oscura, ma non possiamo darne la certezza”, ha commentato Lauren Hsu, ricercatore del Fermilab CDM
I fisici hanno teorizzato a lungo l'esistenza della materia oscura, rivelabile indirettamente tramite i dati relativi alle traiettorie delle galassie ma che non è osservabile direttamente, poiché non assorbe né riflette la radiazione luminosa ed è formata plausibilmente da particelle che interagiscono in modo molto debole con la materia.
In una presentazione tenutasi presso il Fermi National Accelerator Laboratory di Batavia, in Illinois, gli scienziati dell'esperimento Cryogenic Dark Matter Search (CDMS) hanno annunciato due possibili rilevazioni nei dati raccolti nel 2007 e nel 2008.
Tuttavia, gli stessi studiosi ammettono con cautela che entrambi gli eventi potrebbero essere invece le segnature delle particelle di fondo, altri tipi di particelle che imitano i segnali dei candidati a costituire la materia oscura.
“I risultati di questa analisi possono essere interpretati come una significativa evidenza delle interazioni della materia oscura, ma non possiamo darne la certezza”, ha commentato Lauren Hsu, ricercatore del Fermilab CDMS.
Le teorie più accreditate contemplano una materia oscura composta dalle cosiddette WIMP (Weakly Interacting Massive Particles, particelle massicce debolmente interagenti). Queste ultime sono difficili da rivelare poiché la probabilità della loro interazione con protoni e neutroni è veramente limitata. Tuttavia, esse possono occasionalmente urtare un nucleo atomico, comunicandolgi una piccola quantità di energia che è rivelabile nelle opportune condizioni.
Queste rare interazioni possono essere facilmente mascherate da collisioni fra protoni e neutroni, che avvengono molto più frequentemente e producono una “firma” elettronica simile nei rivelatori. Anche i raggi gamma possono produrre interazioni che costituiscono un “fondo” di segnali, che può essere minimizzato effettuando gli esperimenti nel sottosuolo. Il rivelatore CDMS, per esempio , è collocato a circa 1600 metri nelle profondità della miniera di Soudan, nel Minnesota settentrionale.
L'esperimento CDMS, che cerca la materia oscura dal 2003, consiste di 30 rivelatori costituiti da germanio e silicio, raffreddati a temperature molto vicine allo zero assoluto. Le interazioni delle particelle nei rivelatori cristallini depositano energia in forma di calore e di cariche che si muovono in un campo elettrico. Questi segnali vengono poi rivelati da speciali sensori e amplificati e registrati. Confrontando le dimensioni e la distanza temporale di questi due segnali, gli sperimentatori possono decidere se le particelle che interagiscono nel cristallo era una WIMP o una particella di fondo.
A causa delle dimensioni dell'insieme di dati raccolti tra il 2007 e il 2008, per annunciare la rivelazione della materia oscura sarebbero necessari cinque eventi. Con solo due eventi trovati, esiste una probabilità del 25 per cento che si tratti solo di segnali di fondo. Tuttavia, il fatto che non siano stati osservati più segnali pone un limite superiore alla massa delle particelle di materia oscura, che consente di escludere
da lescienze