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, 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
(comprendendo il precedente CDSM-I), 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 CDMS
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 e
arXiv: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. (gg)
Riceviamo da Rita Bernabei a nome della
collaborazione DAMA alcune precisazioni in merito alla
precedente notizia, che volentieri riportiamo.
Puntualizzato che le WIMPs sono solamente una delle varie classi di possibili candidati a particelle di materia oscura e possono avere varia natura e tipi di interazione e che “il flusso di incidenza delle particelle di Materia Oscura sulla terra è atteso avere un andamento continuativo, con una peculiare variazione cosinusoidale di periodicità annuale, e non già avere un carattere episodico”, come potrebbe far supporre il testo precedente, nella lettera si sottolinea che “l'esperimento DAMA/NaI (circa 100 kg di NaI(Tl) altamente radiopuro) prima e DAMA/LIBRA (circa 250 kg di NaI(Tl) altamente radiopuro) ora hanno già pubblicato a oggi una esposizione cumulativa di 1.17 ton x yr (vari ordini di grandezza maggiore di quelle tipicamente disponibili nel campo), raccolta su 13 cicli annuali. E' stato misurato costantemente un fenomeno di modulazione annuale esattamente uguale a quello atteso nel caso di interazioni tra particelle di Materia oscura e apparato sperimentale, con elevata significatività statistica.”
Inoltre, prosegue la precisazione, “i primi risultati preliminari sono stati presentati da DAMA nel 1997, seguiti fin dal 1998 da continui aggiornamenti pubblicati regolarmente su riviste scientifiche di prestigio (vedi http://people.roma2.infn.it/dama); il rilascio più recente è stato presentato in una conferenza internazionale nei giorni scorsi (vedi preprint di R. Bernabei et al. sui Los Alamos archive: arXiv:1002.1028)”.