La ricerca del bagliore cosmico: la luce dei pulsar svelerà i misteri della materia oscura? - METEO GIORNALE: primo sito meteo italiano di Previsioni Meteo
La ricerca sulla materia oscura e la possibile esistenza degli assioni
La materia oscura è uno dei componenti più misteriosi e ricercati del nostro universo. Nonostante gli sforzi degli scienziati, questa forma di materia non è ancora stata rilevata direttamente, ma si stima che costituisca circa l’85% della materia presente nell’universo. La sua esistenza è dedotta principalmente attraverso l’effetto gravitazionale che esercita sugli altri oggetti astronomici. Tuttavia, gli scienziati sono alla ricerca di qualcosa di più: vogliono poter vedere o quantomeno rilevare direttamente la materia oscura e comprendere di cosa sia fatta.
La teoria degli assioni
Una delle ipotesi più accreditate è che la materia oscura sia composta da particelle teoriche chiamate assioni. Queste particelle ipotetiche sono state introdotte negli anni ’70 per risolvere un problema legato alla fisica delle particelle, in particolare alla separazione delle cariche positive e negative all’interno del neutrone. Il premio Nobel Frank Wilczek propose il nome “assione”, ispirato anche da un detersivo omonimo, per indicare questa nuova particella che avrebbe potuto “pulire” il problema in questione.
Nonostante non siano mai stati rilevati, gli assioni potrebbero risolvere non uno, ma due problemi. Diverse teorie delle particelle elementari, tra cui la teoria delle stringhe, suggeriscono l’esistenza di particelle simili agli assioni. Se gli assioni fossero effettivamente presenti nell’universo, potrebbero costituire una parte o addirittura la totalità della materia oscura mancante. Ma come possiamo rilevarli?
La luce come chiave di rilevamento
Se le teorie che prevedono gli assioni sono corrette, questi ultimi potrebbero essere prodotti in grande quantità nell’universo e alcuni di essi potrebbero convertirsi in luce in presenza di campi elettromagnetici forti. Questo potrebbe essere il metodo per rilevare gli assioni e, di conseguenza, la materia oscura.
Le regioni circostanti le stelle di neutroni rotanti, note come pulsar, sono i luoghi dell’universo dove si verificano i campi elettrici e magnetici più forti. Le pulsar, oggetti densi con una massa simile a quella del nostro Sole ma con un raggio circa 100.000 volte più piccolo, emettono fasci stretti e luminosi di emissione radio lungo il loro asse di rotazione. La rotazione rapida delle pulsar le trasforma in elettromagneti estremamente potenti, che potrebbero essere efficienti “fabbriche” di assioni.
Un gruppo di fisici e astronomi ha costruito un quadro teorico completo che permette di comprendere in dettaglio come gli assioni vengono prodotti, come sfuggono alla forza gravitazionale della stella di neutroni e come si convertono in radiazione radio a bassa energia durante la loro fuga.
Testare i modelli degli assioni
I risultati teorici sono stati poi messi alla prova attraverso osservazioni di 27 pulsar vicine. Purtroppo, i risultati non hanno confermato l’esistenza degli assioni, ma questo non significa che la ricerca debba fermarsi. Al contrario, la mancata osservazione di segnali radio provenienti dagli assioni ha posto i limiti più stringenti ad oggi sull’interazione che gli assioni possono avere con la luce.
L’obiettivo finale è dimostrare l’esistenza degli assioni o escludere con certezza che siano un componente della materia oscura. I risultati attuali sono solo un primo passo in questa direzione e potrebbero aprire la strada a un nuovo campo interdisciplinare che potrebbe avanzare significativamente la ricerca sugli assioni.
Riferimento: “Novel Constraints on Axions Produced in Pulsar Polar-Cap Cascades” di Dion Noordhuis, Anirudh Prabhu, Samuel J. Witte, Alexander Y. Chen, Fábio Cruz e Christoph Weniger, 15 settembre 2023, Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.111004
