Nuove ricerche: MATERIA OSCURA... UNIVERSI PARALLELI???

Un duro colpo alle teorie sulla Materia Oscura?

 

Una nuova ricerca trova una misteriosa mancanza di materia oscura nelle vicinanze del Sole

18 aprile 2012

 

Lo studio finora più accurato del moto delle stelle nella Via Lattea non ha trovato alcuna evidenza di materia oscura in un ampio volume intorno al Sole. Secondo le teorie più accettate, le vicinanze del Sole dovrebbero essere piene di materia oscura, una misteriosa sostanza invisibile che può essere rivelata solo indirettamente attraverso l'attrazione gravitazionale che esercita. Ma un nuova ricerca da parte di un'equipe di astronomi in Cile ha scoperto che queste teorie semplicemente non sono in accordo con le osservazioni. Questo potrebbe significare che i tentativi di osservare direttamente le particelle di materia oscura sulla Terra sarebbero probabilmente di scarso successo.

Un'equipe di astronomi, utilizzando il telescopio da 2,2 metri dell'MPG/ESO all'Osservatorio di La Silla dell'ESO, insieme ad altri telescopi, ha studiato il moto di più di 400 stelle fino a circa 13000 anni luce dal Sole. Da questi nuovi dati è stata poi calcolata la massa della materia nelle vicinanza del Sole, in un volume quattro volte più grande di quanto mai considerato prima.
"La quantità di massa che deriviamo si accorda bene con quello che vediamo - stelle, polvere e gas - nella regione intorno al Sole", dice il capo dell'equipe Christian Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Cile). "Ma questo non lascia spazio per l'altro materiale - la materia oscura - che ci aspettavamo. I nostri calcoli mostrano che avrebbe dovuto apparire in modo molto chiaro nelle nostre misure. Ma non c'era proprio!".
La materia oscura è una sostanza misteriosa che non si vede, ma si mostra solo a causa della sua attrazione gravitazionale nei confronti della materia che la circonda. Questo ingrediente extra nel cosmo era stato originariamente proposto per spiegare perchè le parti esterne delle galassie, compresa la Via Lattea, ruotano così velocemente, ma la materia oscura ora è un componente essenziale delle teorie di formazione ed evoluzione delle galassie.
Oggi è comunemente accettato che questa componente oscura costituisca circa l'80% della massa dell'Universo [1], nonostante abbia resistito a tutti i tentativi di chiarirne la natura, che rimane appunto oscura. Tutti i tentativi di rivelare la materia oscura nei laboratori terrestri hanno finora fallito.
Misurando accuratamente il moto di molte stelle, in particolare quelle lontane dal piano della Via Lattea, l'equipe ha potuto procedere a ritroso per calcolare quanta materia sia presente [2]. I moti sono il risultato dell'attrazione gravitazionale reciproca di tutta la materia, che sia materia "normale", come le stelle, o materia oscura.
Gli attuali modelli astronomici che spiegano come le galassie si formano e come ruotano indicano che la Via Lattea è circondata da un alone di materia oscura. Essi non sono in grado di prevedere con esattezza la forma dell'alone, ma predicono l'esistenza di una quantità significativa di materia oscura nella regione attorno al Sole. Invece, solo una forma molto improbabile per l'alone di materia oscura -- per esempio molto allungata -- può spiegare la mancanza di materia oscura scoperta in questo nuovo studio [3].
I nuovi risultati significano anche che i tentantivi di rivelare la materia oscura sulla Terra, cercando di osservare le rare interazioni tra le particelle di materia oscura e quelle di materia "normale", sono probabilmente di scarso successo.
"Nonostante i nuovi risultati, la Via Lattea di sicuro ruota molto più velocemente di quanto la materia visibile possa spiegare da sola. Così, se la materia oscura non è presente dove ce l'aspettavamo, si deve trovare una nuova soluzione per il problema della massa mancante. I nostri risultati sono in contraddizione con i modelli correntemente accettati. Il mistero della materia oscura è appena divenuto ancora più misterioso. Future indagini, come la survey prevista dalla missione Gaia dell'ESA, saranno fondamentali per superare questo ostacolo.", conclude Christian Moni Bidin.

Note

[1] Secondo le teorie attuali, la materia oscura è circa l'83% della materia nell'Universo, mentre il rimanente 17% è formato da materia "normale". Una quantità molto maggiore di energia oscura sembra essere presente nell'Universo, ma non ci si aspetta che influisca sul moto delle stelle all'interno della Via Lattea.
[2] Le osservazioni sono state effettuate con lo spettrografo FEROS montato sul telescopio da 2,2 metri dell'MPG/ESO, lo strumento Coralie sul telescopio svizzero da 1,2 metri Leonhard Euler, lo strumento MIKE sul telescopio Magellan II e lo spettrografo echelle sul telescopio Irene du Pont. I primi due telescopi si trovano all'Osservatorio di La Silla dell'ESO, mentre gli ultimi due sono all'Osservatorio di Las Campanas, entrambi in Cile. Sono state osservate per questo studio più di 400 giganti rosse, ad altezze molto diverse rispetto al piano della galassia, nella direzione del polo sud galattico.
[3] Le teorie prevedono che la quantità media di materia oscura nella zona della galassia che ospita il Sole dovrebbe essere di 0.4-1.0 chilogrammi di materia oscura per un volume pari a quello della Terra. Le nuove misure trovano 0.00±0.07 chilogrammi di materia oscura in un volume di quella dimensione.

Ulteriori Informazioni

Questa ricerca è presentata nell'articolo, “Kinematical and chemical vertical structure of the Galactic thick disk II. A lack of dark matter in the solar neighborhood”, di Moni-Bidin et al. che verrà pubblicato dalla rivista The Astrophysical Journal.
L'equipe è composta da C. Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Cile), G. Carraro (European Southern Observatory, Santiago, Cile), R. A. Méndez (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago, Cile) e R. Smith (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Cile).
Nel 2012 cade il 50^o anniversario della fondazione dell'ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo).  L'ESO è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 15 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Gran Bretagna, Italia, Olanda, Portogallo, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera. L'ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L'ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L'ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l'ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d'avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L'ESO è il partner europeo di un telescopio astronomico di concetto rivoluzionario, ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. L'ESO al momento sta progettando l'European Extremely Large Telescope o E-ELT (significa Telescopio Europeo Estremamente Grande), della classe dei 40 metri, che opera nell'ottico e infrarosso vicino e che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

Oscillazioni verso un mondo parallelo

Pubblicato da Serena Gradari  2 luglio 2012

CRONACA – Neutroni che non si trovano più, che forse oscillano e che magari ci forniscono qualche indizio sul mistero della materia oscura, la materia ‘mancante’ dell’Universo, di cui registriamo l’esistenza attraverso i suoi effetti gravitazionali ma di cui non conosciamo la natura. Un argomento non facile che è stato però ripreso e discusso molto da diversi siti internet – Universe Today e Science Blog  per citarne un paio – nelle ultime settimane. Il motivo di tanta attenzione è la pubblicazione, in realtà non più così recente (aprile 2012), di un articolo scritto da Zurab Berezhiani e Fabrizio Nesti, due ricercatori dell’Università dell’Aquila: “Magnetic anomaly in UCN trapping: signal for neutron oscillations to parallel world?”, pubblicato sull’European Physical Journal C.
Ecco di cosa si tratta: la ricerca prova a spiegare l’anomala sparizione di neutroni nel corso di un esperimento partendo dall’ipotesi che questi siano in grado di oscillare assumendo, per così dire, le sembianze di un’invisibile particella gemella. Invisibile perché si troverebbe in un mondo parallelo.
Ricerca italiana, neutroni che oscillano e ipotesi di mondi paralleli: gli ingredienti erano sufficientemente gustosi da decidere di approfondire l’argomento parlando direttamente con Fabrizio Nesti, uno degli autori.
“Il nostro lavoro”, racconta Nesti, “è iniziato con un’analisi dei dati sperimentali ottenuti dal gruppo di ricerca di Anatoly Serebrov all’Istituto Laue-Langevin a Grenoble, in Francia.”
L’esperimento di cui parla Nesti è costituito da un contenitore in cui vengono intrappolati circa mezzo milione di neutroni ultrafreddi (Ultracold Neutrons, UCN) e in cui viene indotto un campo magnetico controllato. I neutroni ultrafreddi hanno la particolarità di essere molto lenti e, in queste condizioni, il loro comportamento è simile a quello di un gas. In particolare, le particelle rimbalzano contro le pareti del contenitore invece di penetrarle. Dopo 300 secondi di isolamento, il contenitore viene riaperto e i neutroni vengono nuovamente contati. E qui si trova il risultato inaspettato: alcuni neutroni mancano all’appello.
“L’ipotesi”, continua Nesti, “è che certi valori del campo magnetico e soprattutto, cosa che non può essere spiegata dalla fisica standard, certe direzioni del campo inducano un’oscillazione del neutrone, spingendolo a trasformarsi, in un tempo relativamente breve, in un neutrone ‘specchio’ che esiste in un mondo diverso rispetto al nostro.”
I fisici ritengono infatti che possano esistere campi quantistici in cui le particelle non interagiscono attraverso le stesse forze a cui siamo abituati, quelle del cosiddetto Modello Standard. Come se le particelle avessero quindi a disposizione un altro mondo in cui muoversi. Un mondo che funziona in base a regole che non conosciamo e che ha però interazioni con il nostro attraverso la forza di gravità: è per questo motivo che queste particelle ‘specchio’ si presentano come possibili candidati per il ruolo di materia oscura.
“Il fatto che questa possibile oscillazione dei neutroni avvenga con tempi dell’ordine dei secondi è fondamentale perché permette di rivelare il fenomeno prima che il neutrone decada in altre particelle, cosa che avviene in dieci minuti.”
La stessa oscillazione è infatti considerata possibile anche per altre particelle neutre ma i loro tempi di decadimento sono talmente rapidi che non è possibile rivelarli sperimentalmente.
“Quello che si è trovato finora è che, per vari valori del campo magnetico indotto, quando il campo magnetico specchio ha un valore di circa 0.1 Gauss, di poco inferiore a quello terrestre, la probabilità di un’oscillazione del neutrone è significativa.”
In pratica, si è trovato in quali condizioni la sparizione di questi neutroni è più probabile ma perché e come ciò avvenga non è ancora chiaro.
“Ciò che manca per dimostrare questa teoria è l’oscillazione di ritorno,” conclude Nesti, “ovvero il neutrone specchio che ritorna neutrone. Il problema è che, mentre nel ‘nostro’ mondo possiamo costruire un contenitore come quello dell’esperimento francese per intrappolare i neutroni, non abbiamo invece nessun controllo su quello che succede dall’altra parte. Per questo motivo si sta già pensando a nuovi esperimenti per aggirare il problema. Per esempio lanciando i neutroni contro uno schermo attraverso il quale non possano passare. Se avviene la trasformazione, i neutroni specchio riusciranno invece a attraversarlo e, nel caso si ritrasformassero in neutroni, sarebbe possibile rivelarli dopo l’ostacolo. Questo si chiama esperimento di rigenerazione e se fosse positivo sarebbe la conferma che cerchiamo.”
La scoperta di un mondo parallelo e di un campo magnetico specchio intorno alla Terra, generato appunto dalle particelle specchio, “potrebbe dare informazioni cruciali sull’accumulazione di materia oscura nel Sistema Solare e sulla Terra,” scrivono gli autori. “Il risultato, se confermato dai futuri esperimenti, avrà profonde conseguenze per la fisica delle particelle, per l’astrofisica e per la cosmologia.”



Per approfondimenti vedere: 

* "Il concetto di MATERIA OSCURA e l'importanza che riveste nell'architettura ed il destino dell'Universo!" ... giugno 2012.
Il concetto di MATERIA OSCURA e l'importanza che r... 
* "L'ENERGIA OSCURA: il 65% del contenuto energetico dell'Universo... il restante 35% è massa!!!" ... giugno 2012.
L'ENERGIA OSCURA: il 65% del contenuto energetico ...

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