Il team del telescopio spaziale Fermi ha trovato galassie oscure nel cielo senza stelle, ma materia oscura fumante. Gli scopritori non credono ancora nella scoperta ed è impossibile verificare in modo indipendente i loro risultati: gli scienziati non rivelano dove si trovano i candidati
Oltre al grande conflitto di due culture - "fisici e parolieri", introdotto in circolazione dal britannico Charles Snow esattamente 50 anni fa, per secoli c'è stato anche un piccolo conflitto riguardante esclusivamente "fisici". È uno scontro tra teoria ed esperimento, in cui i primi giocano solitamente il ruolo di spericolati liberali e i secondi di conservatori responsabili.
Negli ultimi due anni in astrofisica, questo conflitto non si è mai manifestato così chiaramente come nella storia delle particelle di materia oscura, la cui trasformazione nella sostanza a cui siamo abituati, alcuni scienziati vedono, mentre altri no. Entrambe le convinzioni si basano sugli stessi dati.
Paparazzi e PAMELA
Decadimento e annientamento Il
decadimento è chiamato decadimento spontaneo di particelle, come il decadimento di un nucleo di uranio o di un neutrone che lascia un nucleo atomico. L'annientamento è la distruzione reciproca delle particelle quando si incontrano, ad esempio l'annichilazione di un elettrone e di un positrone e, in generale, della materia e dell'antimateria.
Il tasso di decadimento dipende solo dal numero di particelle instabili e il segnale di annichilazione determina la frequenza delle collisioni tra le particelle. Pertanto, il tasso di decadimento è proporzionale alla densità e il tasso di annichilazione è proporzionale al quadrato di questa quantità. Questo è il modo in cui gli astronomi sperano di distinguere l'annichilazione dal decadimento nei dati osservativi.
La massima tensione di passione raggiunta a metà del 2008, quando l'esperimento scientifico internazionale PAMELA a bordo del satellite russo Resurs-DK ha scoperto un eccesso di positroni ad alta energia in prossimità del Sole. Potrebbero benissimo essere nati durante il decadimento spontaneo o l'annientamento reciproco di particelle esotiche, che dovrebbero costituire la materia oscura.
Certo, sono possibili altre spiegazioni, ma la prospettiva di "vedere" materia invisibile era così allettante che per ottenere dati PAMELA inediti, di cui circolavano voci nell'ambiente astrofisico, molti giovani teorici si sono dati da fare. Alcuni hanno persino fotografato grafici PAMELA inediti sui telefoni cellulari durante i rapporti dei partecipanti al progetto alle conferenze e sulla base di questi dati hanno scritto articoli teorici. Tali anime coraggiose, violando le regole etiche non scritte della comunità scientifica, sono state persino soprannominate "paparazzi scientifici".
Di conseguenza, i dati PAMELA sono stati comunque pubblicati formalmente, ma ad oggi non esiste un'interpretazione univoca. Qualcuno pensa che si tratti di tracce di particelle scure, qualcuno incolpa le stelle di neutroni in prossimità del Sole per il loro aspetto, qualcuno generalmente crede che si tratti di errori sistematici non contabilizzati nel funzionamento delle apparecchiature PAMELA.
Nebbia, nebbia
In molti speravano che la situazione sarebbe stata chiarita dal lancio dell'Osservatorio Spaziale Fermi, che rileva fotoni di energie molto elevate. Possono essere prodotti quando la luce ordinaria interagisce con particelle cariche ad alta energia (questo è il cosiddetto backscattering Compton). Ed è così che gli scienziati speravano di chiarire la situazione con i dati PAMELA.
WMAP Haze WMAP ha
rilevato un eccesso di radiazioni a microonde dal centro galattico - la cosiddetta "foschia WMAP", che rimane nei dati dopo aver sottratto tutte le sorgenti di microonde conosciute. Una delle spiegazioni più probabili è la radiazione di sincrotrone di elettroni energetici, che finiscono sulla linea di induzione dei campi magnetici interstellari. Esattamente sugli stessi elettroni, con l'aiuto dell'effetto Compton inverso, si possono produrre fotoni ad alta energia, che Fermi è in grado di vedere.
Se le particelle di materia oscura diventano davvero la fonte di positroni ed elettroni energetici, allora dovrebbero nascere più spesso esattamente dove c'è più materia oscura. Secondo i concetti moderni, tali luoghi sono considerati i centri delle galassie. Quindi gli astronomi non vedevano l'ora di vedere Fermi dirigersi verso il cuore della nostra Via Lattea. Inoltre, gli astronomi hanno ricevuto un accenno di un gran numero di elettroni qui diversi anni fa dalla sonda WMAP.
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Fermi è entrato in orbita nel giugno 2008 e ha iniziato a raccogliere dati scientifici pochi mesi dopo. Secondo le regole del gruppo, i dati del telescopio appaiono nello spazio pubblico solo un anno dopo essere stati ricevuti, al fine di consentire ai "loro" teorici di scremare da loro la crema scientifica principale. L'anno stava finendo all'inizio dell'autunno, ma un gruppo di teorici non ha aspettato e ha quasi ripetuto la storia con i "paparazzi scientifici". Secondo un articolo apparso a luglio, Fermi vede un eccesso di radiazioni verso il centro galattico. Inoltre, l'analisi preliminare ha mostrato che questa radiazione può essere generata esattamente sulle stesse particelle catturate dal progetto PAMELA.
Quando i dati di Fermi furono comunque pubblicati, gli scienziati hanno ripetuto la loro analisi e affermato con maggiore sicurezza: oltre alla "foschia di WMAP" c'è anche una "foschia di Fermi", in cui si inserisce bene la teoria del decadimento o dell'annichilazione della materia oscura. Questo lavoro, guidato da Gregory Dobler dell'Harvard Center for Astrophysics, non si vergogna più di riferirsi anche a scienziati seri, sebbene i suoi risultati non siano troppo diversi dalle conclusioni del precedente lavoro dello stesso gruppo.
Mister No
C'è, tuttavia, un avvertimento importante. Anche se esiste un gran numero di elettroni e positroni ad alta energia nella regione del centro galattico (e ci sono sempre meno dubbi su questo), la loro origine dalle particelle di materia oscura deve ancora essere dimostrata. In linea di principio, possono avere altre sorgenti, ad esempio onde d'urto da esplosioni di supernova o tutte le stesse stelle di neutroni che rimangono nel luogo di tali esplosioni. Il centro della galassia dovrebbe pullulare di entrambi, semplicemente perché ci sono così tante stelle, alcune delle quali prima o poi esplodono. E anche se i modelli alternativi dovrebbero essere piuttosto "inverosimili", per molti è ancora una spiegazione più accettabile di un qualche tipo di materia oscura.
"Dobler e compagnia hanno calpestato il ghiaccio sottile", ha avvertito Elliot Bloom, uno dei pochi teorici puri del gruppo di esperimenti di Fermi, dopo la pubblicazione del loro articolo. Nel suo cuore, questa persona probabilmente deve lottare con se stessa - un teorico che ha dedicato metà della sua vita proprio alla prospettiva di una spiegazione indiretta della natura della materia oscura, recentemente è diventato "Mr. È lui che il più delle volte deve commentare opere come l'articolo di Dobler e convincere colleghi e giornalisti che le conclusioni dei "nuovi arrivati" sono almeno premature.
Ironia della sorte, è il lavoro di Bloom (file pdf), presentato per conto della collaborazione sotto forma di poster al simposio Fermi 2009 a Washington, che può iniziare un altro episodio nella storia della rilevazione osservativa della materia oscura. I risultati di questo lavoro hanno attirato l'attenzione sul famoso focolaio di voci fisiche: il blog Resonaances, curato dal fisico polacco Adam Falkowski della American Rutgers University.
Galassie oscure
Il problema della sottostruttura La
discrepanza tra la teoria prevista e il numero effettivo di satelliti nani nella Via Lattea e in altre galassie è chiamata problema della sottostruttura. La sua soluzione standard è che ci sono galassie nane intorno a noi, ma al loro interno non si formano stelle.
Prove recenti suggeriscono che una spiegazione del genere potrebbe effettivamente funzionare: il più piccolo dei satelliti scoperti di recente nella nostra galassia consiste in realtà solo di poche centinaia di stelle. Ma la loro massa (può essere stimata dal movimento delle stelle) è molto più grande. Si presume che la maggior parte sia contenuta nella materia oscura.
Bloom ragionò giustamente: per escludere un'alternativa con l'accelerazione degli elettroni sulle onde d'urto, bisogna guardare dove le supernove non esplodono. Idealmente, dove non ci sono affatto stelle e dovrebbe esserci la materia oscura. Secondo la teoria, tali aloni di materia oscura senza stelle dovrebbero effettivamente circondare la nostra Galassia - la teoria prevede una dozzina o due volte più galassie nane di quanto effettivamente osservato.
Per trovare ciò che le stelle non illuminano, Bloom e il suo collega Pin Wan hanno dovuto spalare l'intero archivio di dati Fermi alla ricerca di oggetti estesi, la cui radiazione gamma corrisponde al modello di decadimento o annichilazione delle particelle di materia oscura. Inoltre, tali oggetti non dovrebbero coincidere con sorgenti note e il flusso di fotoni da essi non dovrebbe cambiare nel tempo.
Bloom e Wang hanno trovato 54 fonti estese che spiccavano di almeno quattro deviazioni standard sopra lo sfondo. Dopo aver esaminato ciascuna di esse in sequenza, gli scienziati hanno rifiutato 50 potenziali "galassie senza stelle" in quanto non soddisfacevano i criteri scelti. Ne sono rimasti quattro che soddisfano i criteri. Sopra lo sfondo, si distinguono tutti nemmeno per quattro, ma per almeno cinque deviazioni standard.
Ciononostante, Bloom indossò di nuovo la maschera "Mr. No" e concluse che nessun nuovo nano oscuro era stato rilevato nei dati di Fermi per i primi dieci mesi. L'argomento principale fornito dallo scienziato è la discrepanza tra gli spettri di queste sorgenti rispetto ai modelli teorici scelti del decadimento della materia oscura.
Domanda sottile
Ma questo è ridicolo, crede Falkovsky, - dai a un normale teorico tra le sue mani quasi ogni spettro, e in 15 minuti ti inventerà un modello che descriverà questo spettro. Una quindicina di minuti è, ovviamente, un'esagerazione artistica, ma i modelli di decadenza e annientamento finora forniti in effetti forniscono un margine di manovra teorico molto ampio.
Forse è per questo che Bloom non fornisce spettri. Non fornisce nel suo lavoro le coordinate dei candidati o altri dati su di loro.
Tutto ciò è molto intrigante, crede Falkovsky. Bloom non dice che non ci sono galassie oscure, afferma solo che "non sono state trovate nei dati di Fermi per i primi dieci mesi". Nessuno sa cosa succederà ai dati per i prossimi anni. Ciò che è chiaro è che Bloom, in quanto membro della collaborazione Fermi, avrà accesso a loro prima di chiunque altro.
