DALLE OSSERVAZIONI DI XMM-NEWTON

Raggi X dalla materia oscura?

Ricercatori dell'Ecole Polytechnique Federale di Losanna in Svizzera e dell’università di Leida in Olanda ipotizzano, in un articolo sulla rivista Physical Review Letters, che anomali segnali nei raggi X registrati dal satellite dell'ESA XMM-Newton osservando l'ammasso di galassie del Perseo e la galassia di Andromeda, possano essere stati emessi da particelle di materia oscura. Il commento di Luigi Piro (INAF)

L'ammasso di galassie del Perseo. Crediti: Jim Misti

L’ammasso di galassie del Perseo. Crediti: Jim Misti

C’è, ed è pure tanta, nell’universo. Gli astrofisici da decenni ormai gli danno la caccia, per togliere finalmente quello scomodo aggettivo – ovvero oscura – ad una forma di materia di cui non conosciamo che i suoi soli effetti gravitazionali.

Di cosa è fatta questa materia oscura? In che modo interagisce – se interagisce – con la materia e l’energia ordinaria? Ha una massa? Mantiene le sue proprietà invariate nel tempo o in qualche modo ‘decade’? Queste e molte altre domande, nonostante il grande impegno di molti scienziati in tutto il mondo e di grandi progetti di ricerca, sia da Terra che dallo spazio, non hanno ancora ottenuto delle risposte definitive.

Ora però due gruppi di scienziati europei, del Laboratorio di Fisica delle Particelle e Cosmologia presso l’Ecole Polytechnique Federale di Losanna (EPFL), in Svizzera, e dell’università di Leida in Olanda, annunciano di aver individuato un segnale che potrebbe essere stato emesso da particelle di materia oscura. E questo grazie all’analisi delle emissioni nei raggi X di due oggetti celesti,  l’ammasso di galassie nel Perseo e della galassia di Andromeda, registrate dal telescopio spaziale dell’ESA XMM-Newton.

I ricercatori, dopo aver analizzato e quindi eliminato tutti i segnali che possono essere stati prodotti da particelle e atomi noti, hanno rilevato un’anomalia che, anche considerando la possibilità di errori strumentali o di misurazione, ha catturato la loro attenzione. Questo segnale, per loro inspiegabile, appare come una debole emissione di fotoni X che non poteva essere attribuita a una qualsiasi delle forme conosciute di materia. In più, «la distribuzione del segnale all’interno della galassia corrisponde esattamente a quello che ci aspettavamo se fosse stato prodotto dalla materia oscura. Ovverosia, concentrato e intenso nelle zone centrali degli oggetti celesti osservati e più debole e diffuso verso le regioni periferiche», spiega Oleg Ruchayskiy, dell’EPFL e uno degli autori dell’articolo sulla scoperta, in pubblicazione la prossima settimana sulla rivista Physical Review Letters. A ulteriore conferma di queste ipotesi arrivano risultati analoghi compiuti su dati raccolti dall’emissione X della nostra Galassia. Gli scienziati interpretano questo segnale come il prodotto di un evento molto raro nell’universo: la distruzione di una particella ancora ignota, forse un “neutrino sterile”.

«L’origine della materia oscura che permea il nostro Universo è una delle grandi domande dell’Astrofisica  e Cosmologia contemporanee» commenta Luigi Piro, ricercatore dell’INAF-IAPS di Roma. «Osservazioni astrofisiche nella regione dei raggi X  possono condurci alla risposta. Ricordiamo che la presenza della materia è percepita tramite l’effetto che la sua massa produce tramite la gravitazione sulle galassie e su scale ancora maggiori, ma la reale composizione è ancora ignota. Oltre alle cosiddette WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), uno dei possibili candidati è il cosiddetto neutrino sterile, particella predetta in una estensione del Modello Standard delle particelle elementari. Si prevede che tale particella decada tramite l’emissione di due fotoni nella regione dei raggi X,  ciascuno con energia pari alla metà della massa della particella moltiplicata per la velocità della luce al quadrato. Se tale scenario è vero, ci aspettiamo di osservare una riga stretta nella regione di raggi X in direzione di concentrazioni di material oscura, come nella direzione di galassie e ammassi di galassie. Gli autori dell’articolo riportano la rivelazione di una possibile riga a 3.5 keV, utilizzando dati del satellite per raggi X XMM nella direzione di due diversi oggetti, l’ammasso di galassie del Perseo e la nostra vicina, la galassia di Andromeda. Il segnale è molto debole, e  non permette di essere sicuri al cento per cento della scoperta: richiede ulteriori conferme, in particolare con nuovi osservatori e strumenti in raggi X che siano equipaggiati con strumenti ad altissima risoluzione spettrale in raggi X, basati su microcalorimetri criogenici. Ci aspettiamo un passo in avanti con la missione giapponese ASTRO-H, ma il passo risolutivo potrà essere ottenuto con la missione dell’ESA Athena, che permetterà di realizzare immagini in raggi X ad altissima risoluzione spettrale grazie ai microcalorimetri a  transizione di fase superconduttiva, strumentazione in cui INAF è tra i leader mondiali».

Per saperne di più:

  • l’articolo An unidentified line in X-ray spectra of the Andromeda galaxy and Perseus galaxy cluster di Alexey Boyarsky, Oleg Ruchayskiy, Dmytro Iakubovskyi, Jeroen Franse in pubblicazione sulla rivista Physical Review Letters