Tracce di una particella leggera di materia oscura sono state trovate nel bagliore dei raggi gamma nel cuore della Via Lattea. Le tracce dellah massa apparente della particella con segnali provvisori di materia oscura sono state ottenute in due esperimenti diretti per la rilevazione effettuati in laboratorio, ma i ricercatori avvertono che altre fonti convenzionali, come le pulsar, potrebbero in realtà essere responsabili della luce dei raggi gamma.
La Via Lattea si pensa che potrebbe essere inondata di materia oscura, una sostanza non ancora identificata, che costituisce oltre l'80% della materia dell'Universo. Anche se la materia oscura è stata rilevata dalla sua forza gravitazionale su stelle e galassie, molte delle sue proprietà fondamentali sono ancora sconosciute.
Un modo per studiare la materia oscura è quello di cercare la luce dei raggi gamma prodotti quando le particelle si incontrano e si annientano l'un l'altro, producendo una cascata di altre particelle e radiazioni.
Dal momento che le particelle di materia oscura interagiscono raramente, il posto migliore per cercare questa luce è al centro di galassie, dove le concentrazioni di particelle di materia oscura sono più fitte.
"Il centro della Via Lattea sembra essere acceso con la luce dalla distruzione della materia oscura" dice Dan Hooper del Fermi National Accelerator Laboratory a Batavia, Illinois, e Lisa Goodenough della New York University a New York City.
In una nuova analisi, dopo due anni di dati raccolti dal telescopio orbitante della NASA Fermi, la squadra ha trovato la prova di un eccesso di luce nei raggi gamma emessi dall'interno di una galassia distante 100 anni luce.
Gli scienziato affermano che la luce è troppo luminosa, energica, per essere spiegata soltanto dalle fonti note di raggi gamma.
"Siamo ad un punto dove abbiamo un chiaro segnale di quello che noi pensiamo possa essere la materia oscura, senza alcuna spiegazione alternativa", afferma Hooper.
Questa non è la prima volta che la luce dei raggi gamma è stata attribuita alla materia oscura. Il satellite europeo INTEGRAL, che è stato lanciato nel 2002, ha anche rivelato inaspettatamente la brillante radiazione di raggi gamma proveniente dal centro galattico.
I raggi gamma hanno avuto un eccesso di energia di 511 keV. Che potrebbe essere stato prodotto dall'annichilazione tra gli elettroni e le loro controparti di antimateria, i positroni, che a loro volta potrebbero essersi annichiliti nella materia oscura. Ma il bagliore si è dimostrato difficile da interpretare e le convenzionali sorgenti astrofisiche come le esplosioni stellari e le stelle di neutroni sono ritenute ancora probabili indiziati.
I raggi gamma nel presunto eccesso di Fermi sono 10.000 volte più potenti e possono derivare dal decadimento di particelle a vita breve, come i leptoni tau, prodotti nelle annichilazione di materia oscura. Hooper dice che il segnale di Fermi è molto più difficile da spiegare con le sorgenti astronomiche: "Oltre la materia oscura, non conosciamo alcun meccanismo per creare questo segnale".
Analizzando lo spettro dei raggi gamma prodotti dal centro galattico, la squadra ha previsto che la luce verrebbe prodotta da particelle di materia oscura che hanno una massa compresa fra gli 7,3 e i 9,2 gigaelectronvolts, circa 8 volte la massa di un protone.
"Le particelle devono essere comprese tra circa 10 e 1000 GeV in per spiegare l'abbondanza che vediamo oggi" afferma Hooper.
Curiosamente, questa massa corrisponde a quella calcolata dagli esperimenti con le collisioni delle particelle effettuate dagli scienziati. All'inizio di quest'anno, l'esperimento del Coherent Neutrino Technology (Cogent), con sede nella miniera di ferro Soudan in Minnesota, ha mostrato che la particella di materia oscura avrebbe proprio una massa compresa fra 7 e 11 GeV.
Una particella di materia oscura in un intervallo analogo potrebbe essere responsabile anche per il segnale registrato da DAMA , un esperimento di materia oscura sepolta sotto una montagna presso il Gran Sasso d'Italia. Per anni, DAMA ha registrato un segnale annuale che è più forte nel mese di giugno rispetto a dicembre, in coerenza con l'idea dei fisici, del segnale che si aspetterebbero se il Sistema Solare si stesse muovendo in una nube di particelle di materia oscura.
Queste evidenze mostrano realmente tracce di materia oscura? Simona Murgia dell'Università di Stanford in California, dice che è troppo presto per dirlo. La collaborazione ufficiale con FERMI ha anche riportato la prova sperimentale di un eccesso di radiazioni di raggi gamma verso il centro della galassia, ma la fonte non è chiara.
Per determinare se la Via Lattea è incandescente con la luce creata quando le particelle di materia oscura sono annientate, gli astrofisici devono prima eliminare tutte le fonti conosciute di raggi gamma per vedere se esiste una fonte extra per le radiazioni.
Ma la stima del contributo di sorgenti astrofisiche convenzionali è difficile. La galassia interiore è il più luminosa dei raggi gamma nella regione del cielo, dice Stefano Profumo della University of California, Santa Cruz. Le abbondanti particelle cariche che colpiscono i fotoni e il gas interstellare producono un forte bagliore diffuso di raggi gamma. Le singole fonti, come le pulsar e resti di supernova, possono anche brillare con raggi gamma.
"Siamo lontani dal punto in cui l'annichilazione della materia oscura è l'unica spiegazione", dice Profumo.
Hooper ammette che il segnale non può essere preso come un rilevamento definitivo della materia oscura.
"Per un caso davvero interessante, quello che ci serve sarebbero segnali indipendenti, ma legati da esperimenti che puntano tutti ad una soluzione comune", dice Jonathan Feng teorico della University of California, Irvine. "Non credo ancora che ci siamo, ma visti i progressi attesi sperimentalmente nei prossimi mesi e anni, andiamo incontro ai tempi entusiasmanti per l'identificazione della materia oscura."
Per i cacciatori della materia oscura, gli occhi sono puntati sui dati del primo anno di ricerca che FERMI, pubblicherà a dicembre. I dati accumulati avranno una sensibilità sufficiente per registrare le prove sperimentali di una variazione stagionale come Dama, se esiste. "
Gazzetta di riferimento: arxiv.org/abs/1010.2752
La Via Lattea si pensa che potrebbe essere inondata di materia oscura, una sostanza non ancora identificata, che costituisce oltre l'80% della materia dell'Universo. Anche se la materia oscura è stata rilevata dalla sua forza gravitazionale su stelle e galassie, molte delle sue proprietà fondamentali sono ancora sconosciute.
Un modo per studiare la materia oscura è quello di cercare la luce dei raggi gamma prodotti quando le particelle si incontrano e si annientano l'un l'altro, producendo una cascata di altre particelle e radiazioni.
Dal momento che le particelle di materia oscura interagiscono raramente, il posto migliore per cercare questa luce è al centro di galassie, dove le concentrazioni di particelle di materia oscura sono più fitte.
"Il centro della Via Lattea sembra essere acceso con la luce dalla distruzione della materia oscura" dice Dan Hooper del Fermi National Accelerator Laboratory a Batavia, Illinois, e Lisa Goodenough della New York University a New York City.
In una nuova analisi, dopo due anni di dati raccolti dal telescopio orbitante della NASA Fermi, la squadra ha trovato la prova di un eccesso di luce nei raggi gamma emessi dall'interno di una galassia distante 100 anni luce.
Gli scienziato affermano che la luce è troppo luminosa, energica, per essere spiegata soltanto dalle fonti note di raggi gamma.
"Siamo ad un punto dove abbiamo un chiaro segnale di quello che noi pensiamo possa essere la materia oscura, senza alcuna spiegazione alternativa", afferma Hooper.
Questa non è la prima volta che la luce dei raggi gamma è stata attribuita alla materia oscura. Il satellite europeo INTEGRAL, che è stato lanciato nel 2002, ha anche rivelato inaspettatamente la brillante radiazione di raggi gamma proveniente dal centro galattico.
I raggi gamma hanno avuto un eccesso di energia di 511 keV. Che potrebbe essere stato prodotto dall'annichilazione tra gli elettroni e le loro controparti di antimateria, i positroni, che a loro volta potrebbero essersi annichiliti nella materia oscura. Ma il bagliore si è dimostrato difficile da interpretare e le convenzionali sorgenti astrofisiche come le esplosioni stellari e le stelle di neutroni sono ritenute ancora probabili indiziati.
I raggi gamma nel presunto eccesso di Fermi sono 10.000 volte più potenti e possono derivare dal decadimento di particelle a vita breve, come i leptoni tau, prodotti nelle annichilazione di materia oscura. Hooper dice che il segnale di Fermi è molto più difficile da spiegare con le sorgenti astronomiche: "Oltre la materia oscura, non conosciamo alcun meccanismo per creare questo segnale".
Analizzando lo spettro dei raggi gamma prodotti dal centro galattico, la squadra ha previsto che la luce verrebbe prodotta da particelle di materia oscura che hanno una massa compresa fra gli 7,3 e i 9,2 gigaelectronvolts, circa 8 volte la massa di un protone.
"Le particelle devono essere comprese tra circa 10 e 1000 GeV in per spiegare l'abbondanza che vediamo oggi" afferma Hooper.
Curiosamente, questa massa corrisponde a quella calcolata dagli esperimenti con le collisioni delle particelle effettuate dagli scienziati. All'inizio di quest'anno, l'esperimento del Coherent Neutrino Technology (Cogent), con sede nella miniera di ferro Soudan in Minnesota, ha mostrato che la particella di materia oscura avrebbe proprio una massa compresa fra 7 e 11 GeV.
Una particella di materia oscura in un intervallo analogo potrebbe essere responsabile anche per il segnale registrato da DAMA , un esperimento di materia oscura sepolta sotto una montagna presso il Gran Sasso d'Italia. Per anni, DAMA ha registrato un segnale annuale che è più forte nel mese di giugno rispetto a dicembre, in coerenza con l'idea dei fisici, del segnale che si aspetterebbero se il Sistema Solare si stesse muovendo in una nube di particelle di materia oscura.
Queste evidenze mostrano realmente tracce di materia oscura? Simona Murgia dell'Università di Stanford in California, dice che è troppo presto per dirlo. La collaborazione ufficiale con FERMI ha anche riportato la prova sperimentale di un eccesso di radiazioni di raggi gamma verso il centro della galassia, ma la fonte non è chiara.
Per determinare se la Via Lattea è incandescente con la luce creata quando le particelle di materia oscura sono annientate, gli astrofisici devono prima eliminare tutte le fonti conosciute di raggi gamma per vedere se esiste una fonte extra per le radiazioni.
Ma la stima del contributo di sorgenti astrofisiche convenzionali è difficile. La galassia interiore è il più luminosa dei raggi gamma nella regione del cielo, dice Stefano Profumo della University of California, Santa Cruz. Le abbondanti particelle cariche che colpiscono i fotoni e il gas interstellare producono un forte bagliore diffuso di raggi gamma. Le singole fonti, come le pulsar e resti di supernova, possono anche brillare con raggi gamma.
"Siamo lontani dal punto in cui l'annichilazione della materia oscura è l'unica spiegazione", dice Profumo.
Hooper ammette che il segnale non può essere preso come un rilevamento definitivo della materia oscura.
"Per un caso davvero interessante, quello che ci serve sarebbero segnali indipendenti, ma legati da esperimenti che puntano tutti ad una soluzione comune", dice Jonathan Feng teorico della University of California, Irvine. "Non credo ancora che ci siamo, ma visti i progressi attesi sperimentalmente nei prossimi mesi e anni, andiamo incontro ai tempi entusiasmanti per l'identificazione della materia oscura."
Per i cacciatori della materia oscura, gli occhi sono puntati sui dati del primo anno di ricerca che FERMI, pubblicherà a dicembre. I dati accumulati avranno una sensibilità sufficiente per registrare le prove sperimentali di una variazione stagionale come Dama, se esiste. "
Gazzetta di riferimento: arxiv.org/abs/1010.2752
Adattamento a cura di Arthur McPaul
http://www.newscientist.com/mobile/article/dn19655
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