Scoperto un disco di materia oscura vicino al Sole In evidenza

Un team internazionale guidato da ricercatori dell'Università di Zurigo, con la partecipazione dell’Università di Leichester e del NAOC di Beijing, ha sviluppato una nuova tecnica nella rilevazione di materia oscura nell’Universo. Il principale risultato dello studio conferma la presenza di un’enorme zona di materia oscura vicino al Sole. Ecco gli estremi dell’articolo: Silvia Garbari, Chao Liu, Justin I. Read, George Lake, A new determination of the local dark matter density from the kinematics of K dwarfs, “Monthly Notice of the Royal Astronomical Society”, 9 August, 2012.

La natura della materia oscura è ancora, per molti aspetti, un mistero: si tratta di una sostanza invisibile e misteriosa che può essere individuata solo indirettamente, grazie alla forza gravitazionale che essa esercita. Gli studi sugli ammassi di galassie condotti negli anni trenta da F. Zwicky e S. Smith ne hanno evidenziato per la prima volta l’esistenza. Un ammasso è un aggregato di molte galassie separato da grandi spazi vuoti: F. Zwicky e S. Smith hanno osservato che le velocità degli aggregati sono decisamente superiori a quelle previste per un sistema gravitazionale standard – intendendo con questo termine un sistema in cui la cui massa totale è identica a quella della materia visibile. L’esistenza di una materia non visibile (dunque oscura) rappresenta una larga percentuale della massa-energia totale dell’Universo (a seconda delle interpretazioni, questa massa oscilla tra il il 72% e il 90% circa).

Negli anni quaranta, Jan Oort ha scoperto che la densità della materia in prossimità del Sole è quasi il doppio di quanto potrebbe essere se fosse riconducibile a quella delle stelle e dei gas presenti in quella regione astrale. Nei decenni successivi, gli astronomi hanno sviluppato una teoria della materia oscura e della formazione delle strutture che spiega le proprietà degli ammassi e delle galassie nell'Universo; consapevoli di essere lontani da una Teoria del Tutto coerente, il principale problema restava quello della natura e dei comportamenti di questo tipo di materia.

Ora, qual è la quantità di materia oscura nel sistema solare? È opinione di vecchia data che la zona attorno al Sole ne ospiti una quantità considerevole. Molti ricercatori affermano che la materia oscura gioca un ruolo fondamentale nella rotazione delle parti più esterne delle galassie - come la Via Lattea – ipotesi connessa alla loro estrema velocità. Altri ipotizzano che la materia oscura sia stata determinante nella formazione e nell’evoluzione delle galassie; ciò nonostante, i tentativi di corroborare queste ipotesi di ricerca non hanno avuto successo.

Dopo la misurazione di Jan Oort, gli studiosi hanno continuato le osservazioni raccogliendo numerose evidenze che hanno sollevato qualche dubbio sulla sensibilità degli strumenti di analisi, incapaci di eseguire misurazioni affidabili. Ecco un esempio: di recente i ricercatori della Universidad de Concepción in Cile hanno mappato il moto di oltre 400 stelle situate fino a 13.000 anni luce dal Sole. Ne hanno derivato una prima idea della massa attorno al Sole. Il risultato è parso, tuttavia incerto, se non altro per la ferma esclusione della presenza di qualsiasi quantità di dark matter, presenza confermata da tutte le simulazioni matematiche, come dalle misurazioni.

Gli unici dati univoci sembrano essere quelli relativi all’Universo nel suo complesso: qui il contributo della materia ordinaria rappresenta il 4%, mentre la dark matter ne costituisce circa il 23%. Se osserviamo il nostro sistema solare le cose si complicano non poco. Le osservazioni indirette degli ultimi decenni, basate soprattutto sullo studio delle proprietà cinematiche delle stelle più prossime alla Terra, suggeriscono che la Via Lattea è circondata da un alone di materia oscura e che nei pressi del Sole ce ne sarebbe da tre a sei volte in più del previsto.

Il gruppo di ricerca che collabora con la nostra Silvia Garbari ha optato per una simulazione al cinematica della Via Lattea finalizzata a testare vari tipi di misurazione della massa in essa presente. I risultati sono a dir poco sorprendenti. Le tecniche di misurazione standard usate negli ultimi vent’anni hanno decisamente sottostimato il quantitativo di materia oscura. Applicando il nuovo sistema alle posizioni e velocità di migliaia di stelle nane arancioni K vicino al Sole, hanno ottenuto una nuova misura della densità locale della materia oscura.

Un’ottima notizia, soprattutto per i numerosi esperimenti che gli studiosi dell’INFN stanno facendo nella speranza di catturare la materia oscura. Nei laboratori situati nelle profondità del Gran Sasso si sta analizzando il fascio di particelle che la Terra attraversa nella sua rivoluzione attorno al Sole. “Le probabilità che vi sia la materia oscura vicino al Sole sfiorano il 99%”, sostiene Silvia Garbari. Peraltro, le probabilità che questo flusso statistico non abbia un corrispettivo nella realtà sono molto basse. Se ulteriori esperimenti confermeranno questi dati, “le implicazioni sono entusiasmanti. Potremmo essere di fronte alla prima prova dell’esistenza di un disco di materia oscura nella nostra galassia, in accordo con le previsioni derivanti dalle simulazioni numeriche nello studio della formazione delle galassie”, conclude Garbari.

Questo potrebbe significare che l’alone di materia oscura della nostra galassia è schiacciato, aumentandone la densità locale. Molti fisici scommettono che la materia oscura sia una nuova particella fondamentale, che interagisce molto debolmente con la materia normale, ma abbastanza fortemente per essere rilevata in esperimenti in profondità nel sottosuolo.

Una misura accurata della sua densità locale è vitale per tali esperimenti, come spiega il co-autore del paper, George Lake: “se la materia oscura è una particella fondamentale, miliardi di queste particelle hanno attraversato il vostro corpo mentre state leggendo questo articolo”. Il mistero della materia oscura non è stato ancora svelato. Un passo avanti nel grado di esattezza della sua massa è, allo stato attuale delle conoscenze, un passo avanti degno di nota.

Annalisa Arci

Ultima modifica il Martedì, 27 Giugno 2017 15:29
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