L’emissione gamma si trasforma in “Axion-Like Particle” nel tragitto fra il suo punto di origine e la Terra. Crediti: Aurore Simonnet / Sonoma State University / NASA / NOAA / GSFC / Suomi NPP / VIIRS / Norman Kuring.
Da anni diverse teorie sviluppate per estendere il Modello Standard prevedono l’esistenza di particelle elementari ultraleggere, conosciute con l’acronimo ALP: Axion-Like Particle. Si tratta di particelle uniche nel loro genere, che non interagiscono con nessuna fra le particelle note, eccezion fatta per il fotone. Nell’ipotesi scientifica, dunque, in presenza di un campo magnetico l’emissione gamma si trasforma in ALP e viceversa. Questo genere di trasformazioni viene chiamato “oscillazione” e potrebbe essere la chiave per risolvere l’enigma dell’emissione proveniente da alcune quasar (per esempio, come abbiamo avuto modo di scrivere anche noi qui su Media INAF, un grande numero di raggi gamma potrebbe diventare ALP fuoriuscendo dalla regione centrale di una quasar, per poi riconvertirsi in raggi gamma ed essere rivelato da un telescopio) o, ancora meglio, aiutare la scienza a gettare nuova luce nella ricerca della materia oscura.
Ma anche no. Una ricerca dell’Università di Stoccolma, appena pubblicata su Physical Review Letters, sembra correggere il tiro alle ipotesi fin qui formulate: è possibile, finalmente, filtrare le particelle ALP e individuare quelle direttamente riconducibili alla materia oscura.
Ecco com’è andata. I ricercatori svedesi hanno utilizzato i dati del telescopio gamma montato sul satellite NASA Fermi per studiare l’emissione proveniente dalla galassia al centro dell’ammasso di Perseo. Risultato: nessuna traccia di Axion-Like Particle. Un fatto curioso se si pensa che la galassia oggetto dello studio è una fonte di luce molto luminosa e che per giungere ai nostri strumenti deve certo attraversare un robusto campo magnetico che pervade le nuvole di gas che abbondano fra le galassie dell’ammasso di Perseo.
Il fenomeno di oscillazione fotoni energetici-assioni avrebbe invece dovuto dare diversi positivi sotto lo stimolo di questo campo magnetico. Cosa che effettivamente si è verificata. Per la prima volta, però, i ricercatori hanno potuto lavorare su dati tanto precisi da permettere l’individuazione delle ALP compatibili con la materia oscura.
«Le Axion-Like Particle che siamo stati in grado di filtrare ed escludere dal nostro risultato potrebbero spiegare una certa quantità di materia oscura», spiega Manuel Mayer, fra i fisici che hanno contribuito allo studio pubblicato su Phyisical Review Letters. «Stiamo raggiungendo un livello di precisione nella raccolta dati che pensavamo avremmo ottenuto solo con futuri esperimenti su Terra. Forse ci siamo».
Fisici e astrofisici sono ancora alle prese con l’enigma di identificare più dell’80% della materia presente nell’Universo che conosciamo. La possibilità è che esso sia costituito da particelle estremamente leggere, che pesano meno di un miliardesimo della massa dell’elettrone potrebbe farsi presto concreta.
«Il lavoro fa parte dello sforzo a tutto campo che la collaborazione Fermi sta facendo per caratterizzare le ipotetiche particelle che potrebbero essere responsabili della materia oscura. Ricordiamo che stiamo parlando di misure indirette, dal momento che non vediamo la materia oscura ma i raggi gamma prodotti dal suo decadimento», spiega Patrizia Caraveo, direttrice dell’Istituto di Fisica Cosmica dell’INAF di Milano e coautrice dello studio (firmato tra gli altri anche da un secondo ricercatore INAF, Filippo D’Ammando dell’IRA di Bologna). «Visto che brancoliamo nel buio più totale, si esplorano tutte le possibili combinazioni tra la massa delle particelle e i modi di emissione dei fotoni gamma. Da un lato, si cercano raggi gamma prodotti dal decadimento di ipotetiche particelle pesanti, note come WIMP (Weakly Interacting Massive Particle), dall’altro si esplora il territorio delle particelle leggerissime, le ALP. Mentre nel caso delle prime si studiano le galassie nane, che hanno un rapporto molto favorevole tra materia oscura e materia ordinaria, per le ALP gli ingredienti sono diversi. Occorre avere un’intensa sorgente gamma circondata da un alone di Axion-Like Particle e il tutto deve essere immerso in un campo magnetico che favorisca la conversione di fotoni in ALP e viceversa. Quello che si cerca è un’irregolarità nello spettro della sorgente gamma, in questo caso la radiogalassia NGC1275. La mancanza di irregolarità, discussa nell’articolo, si traduce in un limite alla massa delle ipotetiche particelle e rappresenta un piccolo passo per restringere lo spazio dei parametri permessi alle elusive particelle che compongono la materia oscura».
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review Letters l’articolo “Search for Spectral Irregularities due to Photon–Axionlike-Particle Oscillations with the Fermi Large Area Telescope“, di M. Ajello et al.