Il decadimento di parte della materia oscura potrebbe spiegare la discrepanza delle costanti cosmologiche

Dal Big Bang ad oggi la quantità di materia oscura nell'universo dovrebbe essere diminuita ta il 2 ed il 5 per cento a causa del decadimento delle particelle che la comporrebbero

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la discrepanza attuale di alcuni parametri cosmologici rispetto a quanto calcolato per il passato potrebbe dipendere dal fatto che una parte della materia oscura è decaduta nel corso del tempo

Immaginiamo che la materia oscura consista di diverse componenti, come nella materia ordinaria (protoni, elettroni, neutroni, neutrini, fotoni). E una componente è costituita da particelle instabili con una durata piuttosto lunga: nell’era della formazione dell’idrogeno, centinaia di migliaia di anni dopo il Big Bang, sarebbero state ancora nell’Universo, ma oggi, miliardi di anni dopo, sono scomparse, essendo decaduta in neutrini o ipotetiche particelle relativistiche”.

“In quel caso, la quantità di materia oscura presente nell’universo nell’era della formazione dell’idrogeno e quella presente oggi oggi sarà diversa“, ha detto Dmitry Gorbunov, del Moscow Institute of Physics & Technology.

Negli anni ’30, gli astronomi sospettavano che ci fosse una grande percentuale di “massa nascosta” nell’Universo, quando Fritz Zwicky scoprì “peculiarità” in un ammasso di galassie nella costellazione Chioma di Berenice (le galassie si muovevano come se fossero sotto l’influenza della gravità di una fonte invisibile). Una massa nascosta che non si manifesta in alcun modo, tranne che per un effetto gravitazionale,  cui è stato dato il nome di materia oscura. Secondo i dati del telescopio spaziale Planck, la proporzione di materia oscura nell’universo è del 26,8%, il resto è materia “ordinaria” (4,9%) e energia oscura (68,3%).

Nel dicembre del 2016, gli scienziati del MIPT, l’Istituto per la ricerca nucleare (INR) dell’Accademia delle scienze russa e l’Università statale di Novosibirsk (NSU) hanno scoperto che la proporzione di particelle instabili nella composizione della materia oscura nei giorni immediatamente successivi al Big Bang non superava il 2% – 5%.

La discrepanza tra i parametri cosmologici nell’universo moderno e nell’universo poco dopo il Big Bang può essere spiegata dal fatto che la percentuale di materia oscura è diminuita. Ora, per la prima volta, siamo stati in grado di calcolare la quantità di materia oscura che si sarebbe potuta perdere e quale sarebbe stata la dimensione corrispondente della componente instabile“, dice un co-autore dello studio, l’accademico Igor Tkachev, Capo del Dipartimento di Fisica Sperimentale all’INR e docente presso il Dipartimento di Interazioni Fondamentali e Cosmologia del MIPT.

 

La natura della materia oscura rimane sconosciuta, tuttavia le sue proprietà potrebbero potenzialmente aiutare gli scienziati a risolvere il problema sorto dopo aver studiato le osservazioni del telescopio Planck. Questo dispositivo misurava accuratamente le fluttuazioni della temperatura della radiazione di fondo delle microonde cosmiche, l’eco del Big Bang. Misurando queste fluttuazioni, i ricercatori sono stati in grado di calcolare i parametri cosmologici chiave utilizzando le osservazioni dell’Universo nell’era della ricombinazione, circa 300.000 anni dopo il Big Bang.

Tuttavia, si è scoperto che alcuni di questi parametri, vale a dire la costante di Hubble, che descrive la velocità di espansione dell’Universo, e anche il parametro associato al numero di galassie nei cluster, variano in modo significativo con i dati che otteniamo dalle osservazioni dell’universo moderno, misurando direttamente la velocità di espansione delle galassie e studiando i cluster. Questa varianza è significativamente superiore ai margini di errore e agli errori sistematici a noi noti. Quindi, o abbiamo a che fare con qualche tipo di errore sconosciuto, o la composizione dell’Universo antico è considerevolmente diversa da quella dell’Universo moderno “, dice Tkachev.

Questa discrepanza potrebbe essere spiegata dall’ipotesi del decadimento della materia oscura (DDM), che afferma che nell’Universo primordiale c’era più materia oscura, ma che, con il tempo, una parte di essa è decaduta.

 

Gli autori dello studio, Igor Tkachev, l’autore principale Gorbunov, e Anton Chudaykin hanno analizzato i dati del telescopio Planck e li hanno confrontati con il modello DDM e il modello standard ΛCDM (Lambda-Cold Dark Matter) con materia oscura stabile. Il confronto ha mostrato che il modello DDM è più coerente con i dati osservativi. Tuttavia, i ricercatori hanno scoperto che l’effetto della lente gravitazionale (la distorsione della radiazione cosmica di fondo a microonde da parte di un campo gravitazionale) limita enormemente la percentuale di materia oscura in decomposizione nel modello DDM.

Utilizzando dati provenienti da osservazioni di vari effetti cosmologici, i ricercatori sono stati in grado di fornire una stima della concentrazione relativa dei componenti in decomposizione della materia oscura nella regione in una percentuale compresa tra il 2% ed il 5%.

Ciò significa che nell’Universo di oggi c’è il 5% in meno di materia oscura rispetto all’era della ricombinazione. Al momento non siamo in grado di dire quanto velocemente questa parte instabile è decaduta; la materia oscura potrebbe essere in decadimento anche ora, anche se questo significherebbe avere a che fare con un modello diverso e molto più complesso “, dice Tkachev.

 

Fonte: The Daily Galaxy, Moscow Institute of Physics & Technology

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