Gli scienziati potrebbero aver finalmente "visto" la materia oscura per la prima volta / Scientists may have finally 'seen' dark matter for the 1st time

 Gli scienziati potrebbero aver finalmente "visto" la materia oscura per la prima volta / Scientists may have finally 'seen' dark matter for the 1st time

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Una mappa dell'intensità dei raggi gamma della regione del piano galattico che isola l'alone di materia oscura. /  A gamma-ray intensity map of the region of the galactic plane isolating the dark matter halo.

"Ciò rappresenta un importante sviluppo nell'astronomia e nella fisica."

Gli scienziati potrebbero aver "visto" la materia oscura per la prima volta, grazie al telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA. Se così fosse, si tratterebbe della prima rilevazione diretta della sostanza più misteriosa dell'universo.

La materia oscura fu teorizzata nel 1933 dall'astronomo Fritz Zwicky, che scoprì che le galassie visibili dell'Ammasso della Chioma non avevano l'influenza gravitazionale necessaria ad impedire la disgregazione dell'ammasso. Poi, negli anni '70, l'astronoma Vera Rubin ed i suoi colleghi scoprirono che i bordi esterni delle galassie a spirale ruotavano alla stessa velocità del loro centro, cosa possibile solo se la maggior parte della massa in queste galassie non fosse concentrata al centro, ma piuttosto più ampiamente dispersa. Queste non sono osservazioni dirette della materia oscura, ovviamente, ma inferenze fatte usando le interazioni della materia oscura con la gravità e l'influenza che la gravità ha sulla materia ordinaria e sulla luce. Tuttavia, grazie a queste scoperte, gli astronomi hanno da allora calcolato che tutte le grandi galassie sono immerse in vasti aloni di materia oscura che si espandono ben oltre i limiti della materia visibile nelle galassie (come gli aloni galattici delle stelle).

Si stima ora che le particelle di questa misteriosa sostanza superino in peso le particelle che compongono la materia di tutti i giorni in un rapporto di cinque a uno. Ciò significa che tutto ciò che vediamo intorno a noi quotidianamente – stelle, pianeti, lune, i nostri corpi, il gatto del vicino e così via – rappresenta solo il 15% della materia dell'universo, mentre la materia oscura rappresenta il restante 85%. Ad accrescere il mistero della materia oscura è il fatto che, poiché interagisce così debolmente, o per niente, con la radiazione elettromagnetica, non emette, assorbe o riflette luce. Pertanto, è di fatto invisibile a tutte le lunghezze d'onda della luce – o almeno, pensavamo che lo fosse.

Esiste una possibilità che la materia oscura possa produrre luce. Se le particelle di materia oscura si "annichilano" quando si incontrano e interagiscono, proprio come fanno la materia e la sua controparte antimateria, allora dovrebbero produrre una pioggia di particelle, inclusi fotoni di raggi gamma che, sebbene invisibili ai nostri occhi, potrebbero essere "visti" dai sensibili telescopi spaziali a raggi gamma. Una delle particelle "auto-annichilanti" ipotizzate come componenti della materia oscura sono le cosiddette "particelle massicce debolmente interagenti" o " WIMPS ".

Un gruppo di ricercatori, guidato da Tomonori Totani del Dipartimento di Astronomia dell'Università di Tokyo, ha puntato la sonda Fermi sulle regioni della Via Lattea in cui dovrebbe concentrarsi la materia oscura, ovvero al centro della nostra galassia, e ha dato la caccia a questa firma rivelatrice dei raggi gamma.

Bene, Totani pensa che finalmente abbiamo trovato quella firma.

"Abbiamo rilevato raggi gamma con un'energia fotonica di 20 gigaelettronvolt (o 20 miliardi di elettronvolt, una quantità di energia estremamente elevata) che si estendono in una struttura simile ad un alone verso il centro della Via Lattea", ha affermato Totani. "La componente di emissione dei raggi gamma corrisponde molto alla forma attesa dall'alone di materia oscura."

E questa non è l'unica corrispondenza ravvicinata. La firma energetica di questi raggi gamma corrisponde molto a quella che si prevede emerga dall'annichilazione di WIMP in collisione, che si stima abbiano una massa circa 500 volte quella di un protone, la normale particella di materia che si trova nel cuore degli atomi. Totani suggerisce che non ci siano altri fenomeni astronomici che spieghino facilmente i raggi gamma osservati da Fermi.

"Se questo è corretto, per quanto ne so, sarebbe la prima volta che l'umanità 'vede' la materia oscura. E si scopre che la materia oscura è una nuova particella non inclusa nell'attuale modello standard della fisica delle particelle", ha detto Totani. "Questo rappresenta un importante sviluppo in astronomia e fisica."

Sebbene Totani sia convinto che ciò che lui ed i suoi colleghi hanno rilevato sia la firma di WIMP di materia oscura che si annichilano a vicenda nel cuore della Via Lattea, la comunità scientifica in generale avrà bisogno di prove più concrete prima che si chiuda il libro su questo mistero vecchio quasi un secolo.

"Ciò potrebbe essere raggiunto una volta accumulati più dati ed, in tal caso, fornirebbe prove ancora più solide del fatto che i raggi gamma hanno origine dalla materia oscura", ha aggiunto Totani.

La ricerca del gruppo è stata pubblicata martedì (25 novembre) sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

ENGLISH

"This signifies a major development in astronomy and physics."

Scientists may have "seen" dark matter for the first time, thanks to NASA's Fermi gamma-ray space telescope. If so, this would mark the first direct detection of the universe's most mysterious substance.

Dark matter was theorized in 1933 by astronomer Fritz Zwicky, who found that the visible galaxies of the Coma Cluster lacked the necessary gravitational influence to prevent this cluster from flying apart. Then, in the 1970s, astronomer Vera Rubin and colleagues found the outer edges of spiral galaxies were spinning at the same rate as their centers, something that would only be possible if the major amount of mass in these galaxies wasn't concentrated at their centers, but rather more widely dispersed. These aren't direct observations of dark matter, of course, but inferences made using dark matter's interactions with gravity as well as the influence gravity then has on ordinary matter and light. Still, because of these findings, s astronomers have since calculated that all large galaxies are embedded within vast haloes of dark matter that expand way beyond the limits of visible matter in galaxies (such as galactic haloes of stars).

The particles of this mysterious substance are now estimated to outweigh the particles that make up everyday matter by a ratio of five to one. That means everything we see around us on a day-to-day basis — stars, planets, moons, our bodies, next door's cat, and so on — all account for just 15% of the matter in the universe, with dark matter accounting for the other 85%. Adding to the mystery of dark matter is the fact that, because it interacts with electromagnetic radiation so weakly, or not at all, it doesn't emit, absorb, or reflect light. Thus, it is effectively invisible in all wavelengths of light — or at least, we thought it was.

There is one possibility that would result in dark matter producing light. If dark matter particles "annihilate" when they meet each other and interact, much as matter and its counterpart antimatter do, then it should produce a shower of particles, including photons of gamma-rays that, while invisible to our eyes, could be "seen" by sensitive gamma-ray space telescopes. One of the suggested "self-annihilating" particles theorized to comprise dark matter are so-called "Weakly Interacting Massive Particles" or "WIMPS."

A team of researchers, led by Tomonori Totani from the Department of Astronomy at the University of Tokyo, trained the Fermi spacecraft on the regions of the Milky Way where dark matter should congregate, namely at the center of our galaxy, and hunted for this telltale gamma-ray signature.

Well, Totani thinks we finally found that signature.

"We detected gamma rays with a photon energy of 20 gigaelectronvolts (or 20 billion electronvolts, an extremely large amount of energy) extending in a halolike structure toward the center of the Milky Way galaxy," Totani said. "The gamma-ray emission component closely matches the shape expected from the dark matter halo."

And this isn't the only close match. The energy signature of these gamma-rays closely matches those predicted to emerge from the annihilation of colliding WIMPs, which are predicted to have a mass around 500 times that of a proton, the ordinary matter particles found at the heart of atoms. Totani suggests there aren't any other astronomical phenomena that easily explain the gamma-rays observed by Fermi.

"If this is correct, to the extent of my knowledge, it would mark the first time humanity has ‘seen’ dark matter. And it turns out that dark matter is a new particle not included in the current standard model of particle physics," Totani said. "This signifies a major development in astronomy and physics."

While Totani is confident that what he and his colleagues have detected is the signature of dark matter WIMPs annihilating each other at the heart of the Milky Way, the scientific community in general will require more hard evidence before the book is closed on this nearly century-old mystery.

"This may be achieved once more data is accumulated, and if so, it would provide even stronger evidence that the gamma rays originate from dark matter," Totani added.

The team's research was published on Tuesday (Nov. 25) in the Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Da:

https://www.space.com/astronomy/dark-universe/scientists-may-have-finally-seen-dark-matter-for-the-1st-time?utm_term=0D44E3E5-72C8-4F2E-A2B4-93C82DC78FB4&lrh=e4e2966485d78112a6060535462dd7377ffa0f1e6368288dc8552dcea7aac778&utm_campaign=58E4DE65-C57F-4CD3-9A5A-609994E2C5A9&utm_medium=email&utm_content=758F8D18-BDF0-43FB-82C4-79624BC24EA6&utm_source=SmartBrief