Un gruppo di ricercatori sta compiendo progressi significativi nel tentativo di validare l’esistenza della materia oscura. Questa enigmatica componente invisibile, che si stima componga più di un quarto dell’intero universo conosciuto, è al centro di una nuova indagine.
Gli sforzi scientifici attuali si focalizzano sull’esame di una potente emissione di raggi gamma, individuata in un’ampia zona situata nei pressi del nucleo della nostra galassia, la Via Lattea. Comprendere l’origine di questo bagliore potrebbe finalmente fornire una prova concreta di ciò che finora è stato solo teorizzato attraverso i suoi effetti.
L’enigma della composizione universale
La nostra comprensione della struttura cosmica mostra che gli elementi direttamente osservabili, ovvero la materia ordinaria di cui sono fatti pianeti, stelle e ogni oggetto visibile, rappresentano una porzione decisamente minoritaria del totale.
Questa materia, rilevabile attraverso lo spettro elettromagnetico, dall’infrarosso ai raggi gamma, costituisce approssimativamente solo il 5% del cosmo. La frazione predominante dell’universo è invece formata da elementi misteriosi e non visibili.
La materia oscura, che per sua definizione non emette, assorbe o riflette la luce, rappresenterebbe circa il 27% del totale. Una terza componente, ancora più elusiva e denominata energia oscura, occuperebbe il rimanente 68%.
Due ipotesi per un bagliore galattico
Gli scienziati basano la loro convinzione sulla presenza della materia oscura quasi esclusivamente sugli effetti gravitazionali che essa esercita su larga scala nell’universo. A causa della sua natura sfuggente, ottenere una dimostrazione diretta della sua esistenza si è sempre rivelato un compito estremamente complesso.
Una potenziale svolta giunge dai dati raccolti dal telescopio spaziale Fermi Gamma-ray. Questo strumento ha mappato un notevole eccesso di raggi gamma proveniente da un’area sferica estesa vicino al cuore della Via Lattea, offrendo una nuova via per la validazione tanto attesa.
Per decifrare l’origine di queste specifiche emissioni ad alta energia, la comunità scientifica ha formulato due spiegazioni principali che si contrappongono. Una prima teoria suggerisce che il bagliore sia il risultato diretto della collisione e successiva annichilazione di particelle di materia oscura, che si troverebbero in alta concentrazione in quella regione galattica.
L’ipotesi alternativa, invece, assegna la responsabilità del fenomeno a una categoria specifica di stelle di neutroni, conosciute come pulsar millisecondo. Questi oggetti celesti sono i resti incredibilmente densi di stelle massicce che sono collassate. La loro peculiarità è di ruotare centinaia di volte al secondo, emettendo radiazione lungo l’intero spettro, raggi gamma compresi.
Dentro l’emissione ad alta energia
Gli studi sull’eccesso di radiazione gamma nella Via Lattea si concentrano su un’area molto vasta, che copre i 7.000 anni luce più interni della galassia. Per fornire un ordine di grandezza, un anno luce è la distanza che la luce copre in un anno solare, pari a circa 9,5 trilioni di chilometri. La zona d’interesse si trova a una distanza approssimativa di 26.000 anni luce dal nostro pianeta.
I raggi gamma si posizionano all’estremità più energetica dello spettro elettromagnetico. Sono caratterizzati dalle lunghezze d’onda più corte e, di conseguenza, trasportano la massima energia tra tutte le onde. Queste proprietà li rendono segnali fondamentali per identificare fenomeni astrofisici di natura estrema.
Materia oscura o stelle antiche?
La rilevanza dei raggi gamma in questo scenario deriva dal loro potenziale legame con l’esistenza stessa della materia oscura. Si teorizza che le particelle di materia oscura, quando entrano in collisione, possano annichilirsi reciprocamente. Questo processo genererebbe proprio raggi gamma come sottoprodotto ad alta energia.
Questa possibilità è particolarmente interessante. Secondo l’astrofisico Silk, un aspetto distintivo dell’ipotesi più semplice sulla materia oscura è che le sue particelle siano considerate le antiparticelle di sé stesse, annichilendosi completamente in caso di impatto. Eventi simili avvengono quando protoni e antiprotoni collidono, generando anch’essi raggi gamma, ma la rarità estrema degli antiprotoni nell’universo rende l’ipotesi della materia oscura una spiegazione alternativa molto suggestiva.
Si teorizza che la Via Lattea si sia formata dal collasso gravitazionale di una gigantesca nube contenente sia materia oscura sia materia ordinaria. Durante questa fase formativa, come spiegato da Silk, la materia ordinaria si sarebbe raffreddata precipitando verso le zone centrali, trascinando con sé anche una porzione di materia oscura.
Nonostante il fascino della teoria legata alla materia oscura, il bagliore di raggi gamma potrebbe avere una spiegazione astrofisica più convenzionale. Un’ipotesi concorrente afferma che l’emissione sia prodotta dall’effetto combinato di molte migliaia di pulsar millisecondo che finora non sono state direttamente individuate.
Il satellite Fermi ha già fornito prove che questi oggetti, stelle di neutroni in rotazione velocissima, sono effettivamente sorgenti di raggi gamma. La loro presenza diffusa potrebbe quindi giustificare l’eccesso di emissione registrato in quella specifica area galattica. Lo studio che analizza queste possibilità è stato reso pubblico sulla rivista Physical Review Letters.
