mercoledì 2 luglio 2014

Segnali oscuri da Perseo

Ciò che andrò a raccontarvi oggi è un risultato scientifico di qualche mese fa, precisamente Febbraio 2014.

Tale risultato deve essere ancora confermato, tuttavia potrebbe essere interessante per tutti noi cercare di capirci qualcosa sin da subito. Se il risultato fosse confermato allora si andrebbe incontro a roba nuova, altrimenti, se così non fosse, magari leggendo questo post potreste farvi un'idea di quanto le cose siano complicate e dei metodi di ricerca che vengono utilizzati.

Partiamo dagli ammassi di galassie. Tali sistemi fisici sono tra i più grandi conosciuti dell'universo e non si tratta altro che di gruppi di magari un migliaio di galassie legate insieme gravitazionalmente. Ci sono parecchie ragioni per cui gli ammassi di galassie sono importanti in astrofisica, ma di questo magari parleremo un'altra volta.

Comunque, non ci sono solo le galassie in un ammasso. C'è anche del gas. Il cosiddetto ICM (Intra Cluster Medium). Stiamo parlando di un plasma composto principalmente da idrogeno ionizzato.

Cos'è un plasma? Se abbiamo un gas fatto di atomi di idrogeno, ogni atomo è formato da un protone nel nucleo e un elettrone da qualche parte intorno al nucleo. Se abbiamo un plasma allora protone e neutrone sono ancora legati elettromagneticamente nel senso che interagiscono tra loro ma in sostanza quello che abbiamo è gli atomi di idrogeno sono senza elettroni i quali vagano nel plasma, appunto.
Gli atomi senza elettroni attorno legati al nucleo sono detti ionizzati.

Ora, se non siamo ad alte temperature non abbiamo il plasma. Nel caso degli ammassi di galassie siamo sui 100 milioni di gradi. L'interazione tra protoni e elettroni del plasma genera emissione di raggi-X.
Telescopi spaziali come Chandra della NASA e XMM-Newton dell'ESA sono stati costruiti proprio per rivelare l'emissione di raggi-X nell'universo.

Anche in questo caso, ci sarebbero un sacco di cose da dire sui raggi-X emessi dal gas degli ammassi di galassie. Mi trattengo, ma un proprio ve la devo dire.

Se il gas continua ad emettere raggi-X allora perde energia. Dunque la temperatura del gas dovrebbe diminuire. Tale cosa è osservata? La risposta è no. Perché? Non si sa. Come vedete non abbiamo tutte le risposte ai problemi dell'universo. E inoltre non ci sono solo l'energia e la materia oscura ad essere importanti nella ricerca astrofisica, ma ci sono parecchie altre cose che vale la pena studiare.

Ah, un'ultima cosina: abbiamo detto che negli ammassi di galassie abbiamo galassie, gas e ovviamente c'è anche la materia oscura. Comunque il punto è che tra la materia ordinaria (galassie e gas) la parte da leone la fa il gas, ovvero c'è più abbondanza di gas che di galassie negli ammassi.

Bene, dopo questa breve introduzione, passiamo al punto di questo post.
L'emissione di raggi-X dell'ammasso di galassie di Perseo è stato osservata e misurata.




Come potete vedere nel riquadrino in basso a sinistra c'è un picco di emissione intorno i 3.5 kiloelettronvolt (è un'unità di misura dell'energia o della temperatura, se volete). Questo picco a queste temperature non è ancora chiaro come si sia formato e necessita di ulteriori analisi. 

Eppure una possibile spiegazione esiste. 

Supponiamo che la materia oscura sia composta di un particolare tipo di particella chiamata neutrino sterile (che adesso spiegheremo più o meno cos'è). Questa particella dovrebbe decadere in due particelle: un fotone e un neutrino attivo. Il punto è che il fotone emesso da questo processo dovrebbe avere un'energia dell'ordine dei kiloelettronvolt, cioé esattamente le energie dove si è osservato il picco di emissione nel ammasso di Perseo. 

Questa è la notizia scientifica. Ovviamente bisogna ancora che questa cosa trovi conferme. Nell'attesa prendiamo questa notizia come un esempio del fatto che gli scienziati lavorano sodo per cercare di capire come stanno le cose. Inoltre questa misurazione dell'ammasso di Perseo è anche un esempio di come lavoro teorico (l'ipotesi del neutrino sterile) e lavoro osservativo non possano "divorziare" in alcun modo. 

Ora vediamo brevemente cos'è un neutrino sterile. Innanzitutto cos'è un neutrino in generale: si tratta di una particella prevista nel modello standard della fisica delle particelle. Non ha carica elettrica e appartiene alla stessa grande famiglia dell'elettrone e interagisce tramite la forza nucleare debole. Questo proprio in due parole due.
I neutrini osservati finora sono sinistrorsi. Non starò nemmeno a provare a spiegare questa cosa adesso in questo post; si tratta di una caratteristica fisica associata ai neutrini che osserviamo. La domanda è perché non ne vediamo di destrorsi? Bella domanda!

Ecco cos'è il neutrino sterile: un neutrino destrorso. Mai osservato, sia chiaro. Ma questo anche perché, essendo destrorso, non interagirebbe nemmeno tramite forza nucleare debole e quindi, dato che sarebbe anche neutro cioé niente interazione elettromagnetica, l'unico modo per osservarlo è attraverso gli effetti gravitazionali. Esattamente ciò che fa la materia oscura, agisce solo gravitazionalmente.

Un bel modo per rivelare questo neutrino sterile è attraverso il prodotto del suo decadimento, come abbiamo spiegato poco sopra. Quindi questa è l'idea che c'è dietro l'osservazione di quel picco di emissione di raggi-X nell'ammasso di Perseo.

Materia oscura scoperta? Magari! In realtà spero che questo post vi abbia un attimo acceso una luce dentro riguardo al fatto che la ricerca in astrofisica è molto più che attiva e che l'universo è bello perché è enorme e potrebbe darci le risposte quando meno ce lo aspettiamo.