La materia oscura “colpisce ancora”

Questo rincorrersi di ipotesi e smentite dimostra che la modellizzazione dello spazio è difficile e può portare a errori nell'interpretazione.

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mappa raggi gamma

La materia oscura potrebbe essere responsabile dell’osservazione di raggi gamma nel centro della nostra galassia, secondo un nuovo documento.

“Se si scopre che il segnale è causato dalla materia oscura, vuol dire che la nostra comprensione dell’universo è maggiore di quello che credevamo”, dice Rebecca Leane, ricercatrice post-dottorato del Center for Theoretical Physics del MIT. “Sappiamo che la materia oscura costituisce la maggior parte della materia dell’universo dell’universo, ma non abbiamo molte idee di cosa sia… Un segno di materia oscura avrebbe un impatto enorme e sarebbe molto interessante“.

Il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi ha misurato un eccesso di raggi gamma che si irradiavano dal centro della galassia nel 2009. Da allora, i modelli matematici hanno suggerito due candidati principali come causa di questa irradiazione: stelle di neutroni rotanti chiamate pulsar o particelle di materia oscura che si scontrano annichilendosi a vicenda, dove la materia oscura è la massa non identificata che sembra formare l’impalcatura dell’universo.

Nel 2016, però, due articoli pubblicati sulla rivista Physical Review Letters presentavano due diversi modelli matematici che sembravano favorire una popolazione sconosciuta di pulsar come la migliore risposta per i dati rilevati, senza la necessità di invocare la materia oscura.

L’ipotesi della materia oscura iniziò a perdere favore.

Lo scorso aprile, Leane e Tracy Slatyer, un altro fisico teorico al MIT e autore di uno degli articoli del 2016, hanno lasciato un articolo sul server di articoli per la fisica di arXiv intitolato “Dark Matter Strikes Back at the Galactic Center” in cui si spiega che i modelli del 2016 potrebbero essere sbagliati.

I ricercatori hanno prima esaminato il metodo di adattamento del modello non Poissoniano (NPTF) utilizzato per calcolare le varie origini della luce nel cielo notturno, che tratta la luce totale come una combinazione di fonti disparate. Tutti questi modelli insieme contribuiscono alla probabilità che un certo numero di fotoni venga osservato in ciascun pixel di un’immagine. Ma nella loro analisi su dati simulati, è emerso che la somma dei modelli potrebbe non descrivere correttamente ciò che sta realmente accadendo.

Hanno dimostrato che un contributo dei raggi gamma dalla materia rk potrebbe facilmente essere interpretato erroneamente come proveniente da “fonti puntiformi“, cioè oggetti simili a stelle nel cielo, molto probabilmente pulsar. Quando hanno iniettato un segnale falso che sembrava l’effetto della materia oscura nei dati reali, il modello ha erroneamente attribuito il segnale della materia oscura a fonti puntiformi.

Ciò suggerisce che i dati sono mal modellati in qualche modo, e che il contributo dominante all’eccesso di raggi gamma del centro galattico può essere della materia oscura, anche se questo non costituisce una prova positiva per la materia oscura, e l'[eccesso] potrebbe ancora essere provocato principalmente da fonti puntiformi”, scrivono gli autori nel documento, che è stato pubblicato in Physical Review Letters questa settimana.

Inoltre, proprio lo scorso mese, un team separato di ricercatori ha pubblicato un articolo su arXiv che confuta le conclusioni del secondo documento del 2016.

In sostanza, questo lavoro mette in dubbio l’analisi precedentemente utilizzata per attribuire l’eccesso di raggi gamma alle pulsar, dimostrando un difetto nei metodi di analisi dei dati iniziali.

Mariangela Lisanti, una professoressa di Princeton che ha lavorato sull’articolo del 2016 con Slatyer, ha concordato sul fatto che “è molto importante valutare attentamente le incertezze implicate in qualsiasi ricerca di materia oscura, in particolare una che si concentra sui raggi gamma provenienti dal centro della Via Lattea“. Tuttavia, la Lisanti non pensava che i test avessero invalidato le conclusioni del lavoro del 2016, che lei e i suoi collaboratori hanno mostrato in un documento che hanno pubblicato su arXiv.

I miei collaboratori e io stiamo continuando a studiare attentamente il problema, migliorando la metodologia statistica e il trattamento della contaminazione da raggi cosmici che può complicare qualsiasi analisi dei raggi gamma nella fase galattica, è un problema impegnativo, ma finora i nostri risultati rimangono generalmente coerenti con le conclusioni dello studio originale del 2016“.

Insomma, nessun passo indietro sulla sua ipotesi precedente sulle pulsar come causa dell’eccesso di raggi gamma irradiati dal centro galattico. Questo rincorrersi di ipotesi e smentite dimostra che la modellizzazione dello spazio è difficile e può portare a errori nell’interpretazione.

Non a caso, qualcuno tempo fa affermava che “Tutti i modelli sono sbagliati, ma alcuni sono utili“. La realtà è che probabilmente non disponiamo ancora di abbastanza informazioni e che sono necessarie prove più concrete prima di riuscire ad avere certezze sulla vera identità della fonte dei raggi gamma del centro galattico.