PDA

Visualizza Versione Completa : Prime evidenze di Materia Oscura auto-interagente?



Enrico Corsaro
16-04-2015, 11:16
Vi scrivo a seguire la traduzione dell'articolo pubblicato su ESO (http://www.eso.org/public/news/eso1514/), riguardante una interessante nuova scoperta.

La materia oscura potrebbe non essere del tutto oscura dopo tutto.

11150Per la prima volta la materia oscura sembra sia stata osservata interagire con altra materia oscura in un modo differente dall'interazione gravitazionale. Le osservazioni di galassie in collisioni fatte tramite il Very Large Telescope dell'ESO e il NASA/ESA Hubble Space Telescope hanno catturato i primi interessanti segni sulla natura di questo misterioso componente dell'Universo.

Utilizzando lo strumento MUSE (http://www.eso.org/public/teles-instr/vlt/vlt-instr/muse/) installato nel VLT (http://www.eso.org/vlt) dell'ESO in Cile, insieme con le immagini di Hubble (http://www.spacetelescope.org/) in orbita, un team di astronomi ha studiato le collisioni simultanee di quattro galasssie nell'ammasso galattico Abell 3827. Il team è riuscito a tracciare dove la massa è localizzata entro il sistema e a confrontare la distribuzione di materia oscura con le posizioni delle galassie luminose.

Sebbene la materia oscura non possa essere vista, il team è riuscito a ricavare la sua posizione usango una tecnica chiamata lensing gravitazionale (http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_lens). La collisione è avvenuta direttamente di fronte ad una sorgente scorrelata, posta a distanza molto maggiore. La massa della materia oscura intorno alle galassie in collisione ha considerevolmente deformato lo spaziotempo, facendo deviare il percorso dei raggi di luce provenienti dalla galassia distante posta sullo sfondo - e dunque deformando la sua immagine in caratteristiche forme ad arco.
La nostra comprensione attuale è che tutte le galassie siano poste all'interno di accumuli di materia oscura. Senza l'effetto vincolante della gravità prodotta dalla materia oscura, le galassie come la Via Lattea si disperderebbero durante la loro rotazione. Per evitare che ciò accada, l'85% della massa dell'Universo (cioè la frazione di massa considerata sul totale di massa presente) deve esistere come materia oscura, e ancora ad oggi la sua vera natura rimane un mistero.

In questo studio, i ricercatori hanno osservato le quattro galassie in collisione e hanno trovato che un ammasso di materia oscura sembra sia posto dietro la galassia che esso stesso circonda, come se il suo moto fosse ritardato. La materia oscura è posta attualmente a 5000 anni luce (50 000 milioni di milioni di kilometri) dietro la galassia - per il NASA Voyager ci vorrebbero 90 milioni di anni per arrivare fino a laggiù.

Un ritardo in posizionamento (o se preferite uno sfasamento) tra materia oscura e la sua galassia associata è previsto durante collisioni se la materia oscura interagisce con se stessa, anche leggermente, tramite forze differenti da quella gravitazionale. Simulazioni al computer mostrano che la frizione aggiuntiva che si genera dalla collisione farebbe si che la materia oscura rallenti il suo moto. La natura di questa interazione è sconosciuta e potrebbe essere causata da effetti ben noti o da qualche forza esotica sconosciuta. Tutto quello che possiamo dire a questo punto è che non si tratta di gravità. Tutte e quattro le galssie potrebbero essersi separate (o disaccoppiate) dalla loro materia oscura. Ma abbiamo ottime misure per una sola delle galassie, perchè per casualità risulta essere così ben allineata con l'oggetto posto sullo sfondo e soggetto a lensing gravitazionale. Con le altre tre galassie, le immagini distorte per il lensing sono molto più lontane, quindi i vincoli sulla posizione della materia oscura diventano troppo blandi per porre delle conclusioni significative da un punto di vista statistico. La materia oscura non è mai stata osservata prima d'ora interagire in modi diversi da quello gravitazionale.

L'autore principale Richard Massey all'Università Durham, spiega: "Siamo stati soliti pensare che la materia oscura giaccia semplicemente intorno alle galassie, facendo esclusivamente il suo lavoro di attrattore gravitazionale. Ma dopo che la materia oscura viene rallentata durante la collisione tra queste galassie, potrebbe essere la prima evidenza per una ricca fisica nel settore oscuro - l'Universo nascosto tutto intorno a noi."


I ricercatori notano che ci vorranno più studi su altri effetti che possono produrre questo rallentamento. Osservazioni analoghe di più galassie, e simulazioni al computer di collisioni galattiche saranno a questo punto necessarie da effettuare.
Un membro del team, Liliya Williams dell'Università del Minnesota aggiunge: "Sappiamo che la materia oscura esiste per il modo in cui interagisce gravitazionalmente, aiuntando a modellare l'Universo, ma ancora sappiamo sorprendentemente poco su ciò che la materia oscura sia realmente. Le nostre osservazioni suggeriscono che la materia oscura possa interagire con forze diverse da quella gravitazionale, vale a dire che potremmo escludere alcune teorie chiave che tentano di spiegare cosa la materia oscura sia realmente."

Questi risultati seguono da un recente esito (http://spacetelescope.org/news/heic1506/) ottenuto dal team che ha osservato 72 collisioni tra ammassi di galassie (dove questi ammassi di galassie contengono fino a 1000 galassie differenti ciascuno) e hanno trovato che la materia oscura interagisce molto poco con se stessa. Il nuovo lavoro tuttavia riguarda il moto di galassie individuali, piuttosto che di ammassi di galassie. I ricercatori dicono che le collisioni tra queste galassie potrebbero essere avvenute per più tempo delle collisioni osservate nello studio precedente - consentendo così all'effetto di una forza di frizione anche minuscola di generare nel corso del tempo un tale disaccoppiamento tra materia oscura e galassia associata. La principale incertezza nel risultato è l'arco di tempo della collisione: la frizione che ha rallentato la materia oscura potrebbe essere originata da una debolissima forza che ha agito per miliardi di anni, oppure una forza relativamente forte che ha agito per "soli" 100 milioni di anni.

Presi insieme, i due risultati inquadrano il comportamento della materia oscura per la prima volta. la materia oscura interagisce più di quanto si pensava ma meno di quanto faccia la materia ordinaria. Massey ha aggiunto: "Stiamo finalmente facendo luce sulla materia oscura da sopra e sotto - spremendo la nostra conoscenza dalle due direazioni."

QUI (http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1514/eso1514a.pdf) il link del preprint elettronico.

Gaetano M.
16-04-2015, 16:53
E' il momento della "Materia Oscura" o forse altro. quì un'altra evidenza: http://www.lescienze.it/news/2015/04/16/news/ams_indizi_materia_oscura_antiprotoni-2568094/

SANDRO
16-04-2015, 21:20
Personalmente non solo nutro forti dubbi, ma resto molto scettico. Come ho già detto alche in altre circostanze sono convinto che è energia e non materia. Si insiste su di un assunto dato troppo per certo. Secondo me gli sforzi dovrebbero essere diversamente concentrati, aiutandoci di più riunendo le sinergie delle diverse discipline fra cui fisica del plasma e meccanica quantistica, i cui fenomeni vengono spiegati ma poco compresi. Credo che la materia sia solo materia, niente di oscuro, mentre il vuoto ha molto da insegnarci. ;)

Gaetano M.
17-04-2015, 18:19
Sul blog di Roberto Battiston: http://www.ams02.org/2015/04/ams-days-at-cern-and-latest-results-from-the-ams-experiment-on-the-international-space-station/ SANDRO: leggiamo queste cose perchè siamo innammorati di queste cose. Va bene essere diffidenti ma non dobbiamo neanche chiuderci a riccio.

SANDRO
17-04-2015, 19:19
Infatti Gaetano M. le mie sono solo personali considerazioni. Giusto che la scienza e la passione facciano il loro corso.....

Enrico Corsaro
18-04-2015, 16:11
Concordo con il punto di vista di entrambi e aggiungo: si tratta comunque di scienza, e tutti i tentativi, se pur nella direzione sbagliata, debbono essere fatti se vogliamo veramente capire la realtà delle cose, altrimenti diventa tutto troppo facile ;).

Gaetano M.
18-04-2015, 19:20
E' qualche giorno che mi gira in testa una domanda, non so proprio a chi rivolgerla se non a Red e ad Enrico...
Sono mai stati presi in considerazione i bosoni W+, W- e Z (visto che sono belli pesanti e interagiscono a distanze brevissime) come costituenti della materia oscura?

Enrico Corsaro
18-04-2015, 21:06
E' qualche giorno che mi gira in testa una domanda, non so proprio a chi rivolgerla se non a Red e ad Enrico...
Sono mai stati presi in considerazione i bosoni W+, W- e Z (visto che sono belli pesanti e interagiscono a distanze brevissime) come costituenti della materia oscura?

Il tuo dubbio è legittimo e ti posso rispondere in modo semplice. Prima di tutto i bosoni vettori di cui parli hanno un grosso problema, che vengono creati e muoiono quasi istantaneamente dopo (circa 10^-25 secondi di vita media), impedendo così che la forza che trasportano (la nucleare debole) possa avere un lungo raggio d'azione.
In secondo luogo, questo tipo di bosoni non può costituire materia stabile, ma solo essere mediatore di campo, ed essi sono noti come bosoni di gauge nella categoria più generale. La materia stabile è rappresentata da alcuni tipi di fermioni, tra cui in particolare i protoni ed i neutroni. C'è da aggiungere che in ogni caso i W+ e W- non potrebbero essere neanche possibili candidati perchè sono dotati di carica, e sappiamo bene che ciò non è una caratteristica della materia oscura (al limite dunque rimarrebbe il bosone neutro Z_0, ma anch'esso non è plausibile per i motivi detti prima).

Quindi poichè quello che si osserva è un effetto gravitazionale, la materia oscura stessa non può essere costituita da questi bosoni, che possono solo trasportare un campo di forze detto nucleare debole. Il campo gravitazionale e quello elettromagnetico invece hanno raggi d'azione infiniti. Nel caso gravitazionale il legame particellare non è noto ad oggi, ma per quello elettromagnetico invece è dovuto al fatto che il fotone (il bosone mediatore) è privo di massa. Serve dunque un costituente che sia stabile, che interagisca gravitazionalmente, e che non interagisca in modo elettromagnetico. I candidati ci sono ma, non si riesce a rivelarli in laboratorio.

Gaetano M.
19-04-2015, 09:50
Grazie Enrico, diciamo che parecchie delle cose che mi hai detto le avevo pensate. Per esempio la carica, W+ e W- a lunga distanza si annullano una con l'altra. Durata, sicuramente durano poco ma potrebbero continuare a formarsi per la conservazione della massa/energia. In più, l'ultima notizia che la materia oscura contribuisce alla formazione delle stelle, avere un gran quantità di bosoni non sarebbe male. Potrebbero esserci tranquillamente anche dei gluoni tanto non hanno massa!

Enrico Corsaro
19-04-2015, 12:06
I bosoni W e Z vengono prodotti dalla materia oscura, perchè interagisce anche in maniera debole.
Questi bosoni non possono costituire materia stabile perchè come ti dicevo hanno tempi di vita media molto brevi. Poichè vengono prodotti e distrutti continuamente possono solo mediare campi di forze. La materia barionica invece è costituita da alcuni fermioni, cioè particelle a spin semi intero, che hanno vite medie praticamente infinite. Solo in questo caso tale tipo di materia ha la capacità di interagire con campi di forze molto deboli come quella gravitazionale, che ti ricordo è circa 10^36 volte più debole di quello elettromagnetico e 10^25 più debole di quello nucleare debole.
Non si sa se i gluoni siano prodotti dalla materia oscura, ovvero se essa interagisca in modo nucleare forte, ma questo è un problema meno importante allo stato attuale perchè comunque il raggio d'azione della nucleare forte è molto piccolo anch'esso e perchè tali bosoni vettori hanno di base massa nulla, oltre ad agire solo ed esclusivamente a livello subatomico legando fra loro particelle fondamentali per dare origine ad altre particelle più massive (vedi ad esempio i quark legati fra logo per dare origine a protoni e neutroni).

DarknessLight
20-04-2015, 19:59
Ho trovato che le due ipotesi più accreditate per la materia oscura sono:

1) Materia barionica che non emette radiazione oppure i MACHO (sempre barioni) cioè oggetti compatti di grande massa dell'alone galattico (insomma pianeti e nane brune ma anche buchi neri e nane bianche).
2) Ipotetiche particelle WIMP (che è materia non barionica), cioè particelle supersimmatriche (come ad esempio neutrini massicci. Oppure anche neutralini e assioni: la prima è una particella composta, la seconda è fondamentale).

Le ipotesi un po' più originali:

3) Buchi neri primordiali
4) Stelle solitoniche (non so cosa siano :razz:)
5) Stelle di bosoni
6) Pepite di quark

Voi che ne dite?

DarknessLight
20-04-2015, 20:31
Anzi, ora che ci penso (ma qui davvero siamo alla soglia del fantascientifico e ci vuole cautela) mi ricordo di aver letto un articolo in cui si ipotizzava che la mat. oscura è composta in realtà da addensamenti di materia ordinaria che però risiedono in universi (o brane) contigui al nostro, così che ne possiamo percepire l'effetto gravitazionale ma non la radiazione emessa.

Enrico Corsaro
21-04-2015, 13:54
In verità ci sono tante idee in giro e proposte strambe ma da quanto è emerso negli ultimi anni, i migliori candidati sembrano essere le WIMPs, ovvero weakly interactive massive particles. Tutti gli altri sono sostanzialmente da scartare perchè non forniscono effetti quantificabili con quanto osservato.
Alcune rilevazioni sono state compiute, vedi ad esempio gli esperimenti CDMS e DAMA, però non sono state poi confermate da altri esperimenti. Quindi purtroppo ad oggi siamo ancora in alto mare.

Quella dell'universo contiguo è certamente molto fantasiosa ma non è una teoria scientifica valida ;).

Gaetano M.
21-04-2015, 15:32
Quasta lezione sulla Materia Oscura vale la pena di leggerla, naturalmente a mio parere: http://www.bo.infn.it/xenon/sito_web_Bologna/docs/Caccianiga4.pdf

Enrico Corsaro
21-04-2015, 15:53
Yes, va poi molto sugli esperimenti per la materia oscura e dettagli magari non troppo rilevanti però va benissimo come riferimento!