Dark matter: oscura sì, ma non leptofilica

[Red Hanuman]

Su Science e Physical Review Letters i nuovi risultati ottenuti dalla collaborazione dell'esperimento Xenon100, in funzione ai Laboratori del Gran Sasso dell'INFN: mettono in discussione per la prima volta una varietà di modelli finora accreditati come possibili spiegazioni della materia oscura...
leggi tutto... (http://www.astronomia.com/2015/09/07/dark-matter-oscura-si-ma-non-leptofilica/)

[Gaetano M.]

Red, ma questo vorrebbe dire che la materia oscura, mantenendo questa variazione stagionale, sarebbe trascinata dal Sole nel suo spostamento nella Galassia? Perlomeno questa è l'ipotesi dell'esperimento?

[bertupg]

@Gaetano M. (http://www.astronomia.com/forum/member.php?u=32): se ho capito bene, non è tanto il sole che "trascina" la materia oscura, ma che sommando la velocità di rivoluzione dell'intero sistema solare intorno al centro galattico (che è pressoché costante, e nello stretto arco di tempo delle misure approssimabile ad un moto rettilino uniforme) alla velocità di rivoluzione della Terra intorno al sole (che inverte direzione nell'arco di 6 mesi), si ottiene una variazione stagionale del moto della Terra rispetto al suddetto alone di materia oscura, e quindi la frequenza degli eventi misurati.
Ma si tratta solo di mie supposizioni. Attendiamo le delucidazioni di @Red Hanuman (http://www.astronomia.com/forum/member.php?u=9) in merito...

[Red Hanuman]

Red, ma questo vorrebbe dire che la materia oscura, mantenendo questa variazione stagionale, sarebbe trascinata dal Sole nel suo spostamento nella Galassia? Perlomeno questa è l'ipotesi dell'esperimento?
No, assolutamente. Se l'alone di materia oscura esiste, deve essere solcato dalla Terra nel suo movimento, in direzioni opposte a seconda del periodo dell'anno. E questa differenza potrebbe essere percepita dai rilevatori di Xenon100. Il Sole, date le premesse, dovrebbe avere poca influenza sulla DM.;)

[bertupg]

[...] in direzioni opposte a seconda del periodo dell'anno. [...]

Boh, credo che il moto del Sole (e di tutto il sistema solare insieme a lui) non sia trascurabile. Infatti nell'articolo si parla di minimi e di massimi: ho effettuato una breve ricerca e, se le fonti che ho trovato sono attendibili, si parla di circa 100.000 km/h per la velocità di rotazione della terra, e di circa 900.000 km/h (o un po' meno) per la velocità del sistema solare intorno al centro galattico. Quindi quest'ultima componente rimane sempre comunque dominante, rispetto alla prima.

[Gaetano M.]

Grazie bertupg, hai chiarito bene il mio dubbio.

[Enrico Corsaro]

Questo lavoro è molto valido. Per la prima volta mi pare di leggere i risultati di un esperimento che stia realmente e chiaramente vincolando per ciò che la DM non è.

Ha detto bene il caro Red.
Il punto non è la velocità del sistema solare (e dunque del Sole) nel moto intorno al centro galattico, che di per sè rappresenta un livello di fondo del moto e dunque del tasso di segnale che possiamo ricevere (praticamente costante nell'arco di una vita umana). Quello che permette l'esperimento in questo caso è unicamente la variazione relativa rispetto a questo livello di fondo, e cioè legata al moto di rivoluzione terrestre intorno al Sole, che produce una componente di moto che si inverte diametralmente nel semianno tra dicembre e giugno rispetto a quella del semianno tra giugno e dicembre. Ecco perchè i picchi di intensità sono rivelati a giugno e a dicembre, proprio quando la fase si inverte.

[Red Hanuman]

Caro Enrico Corsaro, siamo tornati all'etere luminifero.... :biggrin:

[Enrico Corsaro]

Effettivamente sembra dare proprio questa idea :rolleyes:

[bertupg]

Red Hanuman, Enrico Corsaro.

Non nego assolutamente la validità e l'importanza di questi risultati, tutt'altro.

Però, visto che è stata sollevata la questione, credo sia interessante approfondirla, perché credo che vi sfugga qualcosa.

La componente di velocità del sistema solare intorno alla via lattea non è affatto ininfluente, anzi, è determinante per determinare questa variazione stagionale, e cercherò di spiegarne il motivo.

Si presuppone innanzitutto che le WIMP abbiano un moto "caotico", e per tanto l'alone di materia oscura sia mediamente "fermo", e la galassia "ruoti" al suo interno. (Questo non lo dico io, mi sembra sia comunemente dato per assodato)

Ora, a meno che lo Xeneon100, oltre a energia e frequenza non rilevi anche la direzionalità delle interazioni (cosa di cui dubito), per rilevare delle variazioni stagionali, è necessario che la velocità della Terra relativa all'alone vari non solo in direzione ma anche in modulo, e questo può avvenire solo se esiste una velocità relativa tra il centro dell'orbita terrestre (il sole) e il suddetto alone.

Un po' come avviene in automobile durante la pioggia: la frequenza con cui le gocce battono sul vetro aumenta se accelero e diminuisce se decelero, ma se mi metto a girare in una rotonda, non mi accorgerò di alcuna variazione tra un lato e l'altro della stessa. ;)

[Enrico Corsaro]

@bertupg (http://www.astronomia.com/forum/member.php?u=82), mi sembra strano che affermi che ci sfugga qualcosa, dal momento che per ciò che hai scritto mi pare di capire che la pensi proprio allo stesso modo.

Certamente non viene rilevata la direzionalità delle particelle, ma la direzionalità del moto è proprio ciò che conta sul tasso di impatto. Facciamo alcune considerazioni.

Come prima cosa un aspetto fondamentale: il moto del sistema solare intorno al centro della galassia, anche se avviene ad una velocità sostenuta, cambia praticamente di nulla la posizione della terra intorno alla galassia nell'arco di un anno solare (i tempi scala dei due moti sono completamente diversi). Questo significa in parole povere che la componente di moto intorno al centro della galassia ci fornisce nell'arco di un anno solare una direzione unica, rettilinea (tangente) all'orbita descritta dal sistema solare nel suo moto intorno al centro galattico. Per capirlo, basta immaginare che di base ti stai muovendo in una sola direzione e seguendo il tuo esempio della pioggia, supponendo di essere in macchina e che ci muoviamo perfettamente diritti, la pioggia ci impatta frontalmente sul parabrezza con un certo tasso, che dipenderà dalla velocità del moto che abbiamo e dalla quantità di pioggia che cade per unità di superficie. Se la Terra fosse ferma accanto al Sole, seguendone solo il moto intorno alla galassia, vedremo questo tasso completamente invariato nell'arco di un anno, quindi costante. Se invece anche il Sole stesso fosse stato fermo dentro la galassia, avremmo avuto un tasso mediamente nullo, poichè non vi sarebbe stata alcuna componente di moto, qualsiasi direzione fosse.

Adesso a questo moto di base, che abbiamo assunto rettilineo e uniforme, somma il moto di rotazione che ha la Terra intorno al Sole. In alcuni periodi dell'anno (ed esattamente in due soli momenti, dato che l'orbita è circolare), la componente del moto terrestre avrà una direzione identica a quella del moto rettilineo del sistema solare. Se il verso sarà uguale, i moduli delle velocità si sommano e osserviamo un massimo di tasso di impatto, se i versi sono opposti invece avrai la differenza dei moduli, e il tasso di impatto diventa minimo (ed ecco i massimi e minimi a giugno e dicembre rispettivamente, citati nell'articolo). In tutte le vie di mezzo avrai un tasso che varia tra il massimo e il minimo citati, perchè cambia la componente del moto terrestre lungo quella del moto del Sole. Dunque la direzionalità conta davvero, ma non la direzionalità delle particelle, che non rileviamo e che possiamo assumere mediamente nulla dato il loro moto caotico presunto come hai ben detto, ma quella del vettore velocità della Terra intorno al Sole.
Spero il concetto sia chiaro adesso ;).

[bertupg]

Come prima cosa un aspetto fondamentale: il moto del sistema solare intorno al centro della galassia, anche se avviene ad una velocità sostenuta, cambia praticamente di nulla la posizione della terra intorno alla galassia nell'arco di un anno solare (i tempi scala dei due moti sono completamente diversi). Questo significa in parole povere che la componente di moto intorno al centro della galassia ci fornisce nell'arco di un anno solare una direzione unica, rettilinea (tangente) all'orbita descritta dal sistema solare nel suo moto intorno al centro galattico.

Su questo, nulla da dire. Non mi sembra che si sia tirato in ballo in alcun modo la direzionalità del moto del sole.




Adesso a questo moto di base, che abbiamo assunto rettilineo e uniforme, somma il moto di rotazione che ha la Terra intorno al Sole. In alcuni periodi dell'anno (ed esattamente in due soli momenti, dato che l'orbita è circolare), la componente del moto terrestre avrà una direzione identica a quella del moto rettilineo del sistema solare. Se il verso sarà uguale, i moduli delle velocità si sommano e osserviamo un massimo di tasso di impatto, se i versi sono opposti invece avrai la differenza dei moduli, e il tasso di impatto diventa minimo (ed ecco i massimi e minimi a giugno e dicembre rispettivamente, citati nell'articolo).


E' esattamente ciò che ho scritto io, ma nei post precedenti red ha scritto:

No, assolutamente. Se l'alone di materia oscura esiste, deve essere solcato dalla Terra nel suo movimento, in direzioni opposte a seconda del periodo dell'anno. E questa differenza potrebbe essere percepita dai rilevatori di Xenon100. Il Sole, date le premesse, dovrebbe avere poca influenza sulla DM.;)

e tu hai confermato dicendo:

Ha detto bene il caro Red.
Il punto non è la velocità del sistema solare (e dunque del Sole) nel moto intorno al centro galattico [...] Quello che permette l'esperimento in questo caso è unicamente la variazione relativa rispetto a questo livello di fondo, e cioè legata al moto di rivoluzione terrestre intorno al Sole, [...]

Mentre ciò che volevo puntualizzare io è che ANCHE la componente di velocità data dal moto del sole è determinante, in quanto, senza questa, la velocità della Terra rispetto all'alone varierebbe in direzione, ma avrebbe modulo pressoché costante (a meno, ovviamente, di non considerare le differenze tra afelio e perielio, ma la differenza sarebbe ben minore di quella misurata, forse al di sotto della precisione consentita dalle apparecchiature)



In tutte le vie di mezzo avrai un tasso che varia tra il massimo e il minimo citati, perché cambia la componente del moto terrestre lungo quella del moto del Sole. Dunque la direzionalità conta davvero, ma non la direzionalità delle particelle, che non rileviamo e che possiamo assumere mediamente nulla dato il loro moto caotico presunto come hai ben detto, ma quella del vettore velocità della Terra intorno al Sole.
Spero il concetto sia chiaro adesso ;).

Il concetto mi era perfettamente chiaro anche prima, e cioè che né il moto del Sole, né quello della Terra intorno ad esso, considerati singolarmente, darebbero di per sé alcuna variazione stagionale. Essa scaturisce dall'azione combinata di entrambi, perciò sono ugualmente fondamentali per il verificarsi della stessa.
Poi, sono d'accordo che, ai fini dei calcoli e della semplificazione, si possa considerare "fisso" il tasso di eventi dovuti al "vento di WIMP", e la variazione può essere espressa, a livello matematico, unicamente in funzione del moto orbitale della Terra, ma di fatto, senza il moto del Sole nella Via Lattea, questo "vento" non sussisterebbe, e non si avrebbero variazioni di tale entità.

[Enrico Corsaro]

Mentre ciò che volevo puntualizzare io è che ANCHE la componente di velocità data dal moto del sole è determinante, in quanto, senza questa, la velocità della Terra rispetto all'alone varierebbe in direzione, ma avrebbe modulo pressoché costante (a meno, ovviamente, di non considerare le differenze tra afelio e perielio, ma la differenza sarebbe ben minore di quella misurata, forse al di sotto della precisione consentita dalle apparecchiature)

Giustissimo certo, la componente solare fornisce una direzione preferenziale di moto e quindi ci permette di utilizzarla come base per cogliere variazioni relative. Se non ci fosse questa componente, il tasso di impatto sulla Terra in orbita sarebbe costante durante tutto l'anno e quindi non avremmo avuto alcuna variazione.
I due moti sono entrambi essenziali, ma uno è utilizzato solo come riferimento, mentre l'altro ci determina l'entità della variazione.

Se leggi attentamente ciò che ho scritto


Il punto non è la velocità del sistema solare (e dunque del Sole) nel moto intorno al centro galattico [...] Quello che permette l'esperimento in questo caso è unicamente la variazione relativa rispetto a questo livello di fondo, e cioè legata al moto di rivoluzione terrestre intorno al Sole

infatti non ho detto che il moto del Sole non è importante e che non serve, ma che è importante proprio la variazione relativa rispetto a questo (assunto come livello di fondo), il che significa considerare necessariamente la combinazione dei due moti!
Quello che ho scritto era per farti capire che appunto non conta la velocità del sistema solare (può anche essere molto piccola o molto grande, purchè costante), ma conta la somma vettoriale tra le velocità dei due moti.

[Gaetano M.]

Quest'articolo sulla materia oscura è molto interessante: http://phys.org/news/2015-09-dark-stars-oscillations.html
Da un'occhiata veloce pare che la D.M. possa essere la causa di oscillazioni osservabili.