La materia oscura, la componente invisibile dell’universo che costituisce gran parte della sua massa, continua a sfidare gli scienziati. Se si ammette la sua esistenza, la sua natura resta un mistero. Per scoprirlo, un nuovo studio propone di utilizzare rilevatori di onde gravitazionali.
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Onde gravitazionali per tracciare la materia oscura
Rilevato per la prima volta nel 2015, onde gravitazionali hanno trasformato radicalmente la nostra percezione dell’universo. Queste ondulazioni spazio-temporali, previste da Albert Einstein più di un secolo fa, permettono agli astronomi di studiare i fenomeni più violenti del cosmo, come la fusione dei buchi neri. Queste scoperte non solo hanno convalidato un’importante previsione della relatività generale, ma hanno anche aperto nuove strade per esplorare i misteri dell’universo.
Tuttavia, le onde gravitazionali potrebbero rivelare molto più dei segreti dei buchi neri. Potrebbero infatti servire a sondare un altro enigma cosmico: il materia oscura.
Questa sostanza invisibile, la cui presenza è dedotta dai suoi effetti gravitazionali sulla materia visibile, costituisce circa l’85% della materia totale dell’universo. Nonostante molte ricerche, la sua esatta natura rimane un mistero. Gli scienziati ipotizzano che la materia oscura possa essere costituita da particelle elementari che interagiscono molto debolmente con la materia ordinaria, ma nessun esperimento lo ha ancora dimostrato.
Come funziona?
Un team di ricercatori, guidato dal dottor Alexandre Sébastien Göttel dell’Università di Cardiff, si è concentrato su una particolare forma di materia oscura: materia oscura del campo scalare.
A differenza della materia ordinaria composta da fermioni (elettroni, quark, ecc.), la materia oscura con un campo scalare sarebbe costituito da bosoniparticelle che obbediscono a regole diverse. Queste particelle sarebbero molto leggere e interagirebbero molto debolmente con la materia ordinaria, il che spiegherebbe perché siano così difficili da rilevare direttamente. L’interesse di questa ipotesi è che prevede interazioni specifiche con i campi gravitazionalirendendolo un candidato promettente per essere rilevato da interferometri come l’osservatorio di onde gravitazionali LIGO.
Ricordiamo che i rilevatori di onde gravitazionali sono strumenti estremamente sensibili, in grado di rilevare piccole variazioni nello spazio-tempo. Più precisamente, queste installazioni funzionano inviando raggi laser lungo bracci perpendicolari lunghi diversi chilometri. Quando un’onda gravitazionale attraversa questi strumenti, distorce leggermente lo spazio-tempo, modificando la lunghezza dei bracci e quindi il percorso dei raggi laser. Misurando queste minuscole variazioni, gli scienziati possono quindi rilevare il passaggio di un’onda gravitazionale.
Ciò che i ricercatori propongono qui è che le variazioni potrebbero essere causate non solo dalle onde gravitazionali prodotte da violenti eventi cosmici, ma anche dalle interazioni tra i componenti del rilevatore e la materia oscura circostante.
Nessuna traccia…per ora
In uno studio recente, i ricercatori analisi i dati raccolti da LIGO cercando segnali caratteristici dell’interazione tra onde gravitazionali e materia oscura. Hanno inoltre sviluppato modelli teorici per simulare l’effetto della materia oscura sugli strumenti e hanno confrontato queste simulazioni con dati reali.
Sebbene il team non abbia ancora trovato alcuna prova diretta dell’esistenza di questa materia oscura, è riuscito a stabilirlo nuovi limiti alla sua natura. In altre parole, sono stati in grado di affinare la nostra comprensione di come non appare la materia oscura.
