Una nuova ricerca dell’Università di Toronto suggerisce che il cosiddetto problema dell’aggregazione, incentrato sulla distribuzione inaspettatamente uniforme della materia su larga scala in tutto l’Universo, potrebbe essere un segno che la materia oscura è composta da ipotetiche particelle ultraleggere chiamate assioni. “Se confermato con future osservazioni al telescopio ed esperimenti di laboratorio, trovare la materia oscura degli assioni sarebbe una delle scoperte più significative di questo secolo,” ha affermato Keir Rogers, astrofisico del Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics presso l’Università di Toronto. “Allo stesso tempo, i nostri risultati suggeriscono una spiegazione del motivo per cui l’Universo è meno grumoso di quanto pensassimo, un’osservazione che è diventata sempre più chiara nell’ultimo decennio circa, e attualmente lascia incerta la nostra teoria dell’Universo“.
Una delle principali teorie propone che la materia oscura sia composta da assioni, descritte nella meccanica quantistica come sfocate a causa del loro comportamento ondulatorio. A differenza delle particelle puntiformi discrete, gli assioni possono avere lunghezze d’onda maggiori di intere galassie. Questa sfocatura influenza la formazione e la distribuzione della materia oscura, spiegando potenzialmente perché l’Universo è meno grumoso di quanto previsto nell’Universo senza assioni. Questa mancanza di aggregazione è stata osservata nelle indagini su grandi galassie, sfidando l’altra teoria prevalente secondo cui la materia oscura consiste solo di particelle subatomiche pesanti e debolmente interagenti chiamate WIM . Nonostante esperimenti come il Large Hadron Collider, non è stata trovata alcuna prova a sostegno dell’esistenza di WIMP.
Per lo studio, Rogers e colleghi hanno analizzato le osservazioni della luce ersidua del Big Bang, nota come Cosmic Microwave Background (CMB), ottenute dai sondaggi Planck 2018, Atacama Cosmology Telescope e South Pole Telescope. Hanno confrontato questi dati CMB con i dati di clustering delle galassie del Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), che mappa le posizioni di circa un milione di galassie nell’Universo vicino. Studiando la distribuzione delle galassie, che rispecchia il comportamento della materia oscura sotto le forze gravitazionali, hanno misurato le fluttuazioni della quantità di materia in tutto l’Universo e hanno confermato la massa ridotta rispetto alle previsioni.
I ricercatori hanno quindi condotto simulazioni al computer per prevedere la comparsa della luce residua e la distribuzione delle galassie nell’Universo con lunghe onde di materia oscura. Questi calcoli si sono allineati con i dati CMB del Big Bang e con i dati di raggruppamento delle galassie, supportando l’idea che gli assioni sfocati potrebbero spiegare il problema del raggruppamento. La ricerca futura comporterà sondaggi su larga scala per mappare milioni di galassie e fornire misurazioni precise dell’aggregazione, comprese le osservazioni nel prossimo decennio con l’Osservatorio Rubin.
Gli scienziati sperano di confrontare la loro teoria con le osservazioni dirette della materia oscura attraverso la lente gravitazionale, un effetto in cui l’aggregazione della materia oscura è misurata in base a quanto piega la luce proveniente da galassie lontane, simile a una gigantesca lente d’ingrandimento.
Comprendere la natura della materia oscura è una delle questioni fondamentali più urgenti e la chiave per comprendere l’origine e il futuro dell’Universo. “Ora disponiamo degli strumenti che potrebbero consentirci di comprendere finalmente qualcosa sperimentalmente sul mistero secolare della materia oscura, anche nel prossimo decennio circa, e che potrebbero darci suggerimenti per risposte su domande teoriche ancora più grandi,” ha affermato Rogers. “La speranza è che gli elementi misteriosi dell’Universo siano risolvibili“.
Lo studio è stato pubblicato su Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
