La materia oscura continua a confonderci, finora sfuggendo a ogni tentativo di decifrazione. Secondo un nuovo studio, indizi potrebbero nascondersi nella Zona Molecolare Centrale della Via Lattea, una vasta regione di molecole di idrogeno che circonda il centro della nostra galassia. Costituisce circa l’85 percento della materia nell’Universo, eppure la materia oscura non interagisce con la luce e sembra interagire con la materia ordinaria solo tramite la gravità. Sappiamo che esiste a causa dei suoi effetti gravitazionali, ma sappiamo poco altro.
“I dati ci dicono che la materia oscura potrebbe essere molto più leggera di quanto pensassimo,” dice il fisico teorico Shyam Balaji del King’s College di Londra. La Zona Molecolare Centrale della Via Lattea (CMZ) è diversa dalla maggior parte della galassia. Quasi l’80 percento del suo gas denso è trattenuto lì, compresso in freddi ammassi chiamati nubi molecolari. I gas si agitano a centinaia di chilometri al secondo. Nuove molecole si formano in queste gigantesche nubi, specialmente dall’idrogeno molecolare. Alcune delle nubi sono anche vivai stellari, dove grumi di gas e polvere diventano stelle.
La CMZ ha molte particolarità, ma il nuovo studio si è concentrato su una in particolare: una carica positivamente anomala in quello che è tipicamente un gas neutro, implicando che qualcosa stava staccando gli elettroni dalle molecole di idrogeno. Oltre a cercare di spiegare questo fenomeno, Balaji e i suoi colleghi di Spagna e Francia hanno esplorato il suo potenziale legame con il settore oscuro – un ipotetico insieme di campi quantistici, per lo più separati dal nostro settore visibile, che potrebbe permettere l’esistenza della materia oscura.
Nella ricerca di una particella di materia oscura, l’attenzione scientifica si è concentrata su un gruppo chiamato “particelle massive debolmente interagenti”, o WIMP. Queste particelle ipotetiche interagiscono con la materia ordinaria solo attraverso due delle quattro forze fondamentali: la gravità e la forza nucleare debole. Le WIMP rimangono non confermate nonostante decenni di ricerche mirate. Molti esperti ora sostengono un approccio più ampio e meno centrato sulle WIMP per la materia oscura.
Questo potrebbe significare particelle con ancora meno connessione al nostro settore visibile, per esempio, o particelle meno massicce delle WIMP. Una particella di materia oscura più leggera non è solo possibile, dice Balaji, ma potrebbe spiegare le nubi di idrogeno positivamente cariche della CMZ. “Al centro della nostra galassia si trovano enormi nubi di idrogeno positivamente carico, un mistero per gli scienziati da decenni perché normalmente il gas è neutro. Quindi cosa sta fornendo abbastanza energia per staccare gli elettroni negativamente carichi da esse?” dice Balaji.
“Le firme energetiche che irradiano da questa parte della nostra galassia suggeriscono che ci sia una fonte costante e turbolenta di energia che fa proprio questo, e i nostri dati dicono che potrebbe provenire da una forma di materia oscura molto più leggera di quanto considerato dai modelli attuali.” Quando particelle di materia oscura più leggere si scontrano, emergono coppie di particelle non oscure con cariche opposte in un processo noto come annichilazione, spiegano i ricercatori. Queste particelle cariche potrebbero quindi ionizzare il gas di idrogeno, creando potenzialmente nubi molecolari positivamente cariche come quelle nella CMZ.
Ricerche precedenti hanno esplorato i raggi cosmici come possibile fonte di ionizzazione, ma le firme energetiche dalle osservazioni della CMZ sembrano troppo piccole per supportare quello scenario. Non implicano nemmeno le WIMP. Qualunque cosa stia ionizzando l’idrogeno è più lenta di un raggio cosmico e meno massiccia di una WIMP, concludono i ricercatori. Il loro studio delinea la plausibilità della materia oscura più leggera, e sebbene faccia un caso convincente, è ancora speculativo. Sono necessarie ulteriori ricerche, sia per confermare cosa sta accadendo nella CMZ sia per svelare la materia oscura.
Nel frattempo, questo dimostra il valore di lanciare una rete più ampia per le particelle di materia oscura, concludono gli autori, e di lanciarla lontano. “La ricerca della materia oscura è uno degli obiettivi più importanti della scienza fondamentale, ma molti esperimenti sono basati sulla Terra, aspettando con le mani tese che la materia oscura venga da loro,” dice Balaji. “Osservando il centro della nostra Via Lattea, il gas di idrogeno nella CMZ suggerisce che potremmo essere più vicini a identificare prove sulla possibile natura della materia oscura.” Lo studio è stato pubblicato su Physical Review Letters.