NESSUN ECCESSO RILEVATO NEI RAGGI GAMMA PIÙ ENERGETICI

Lunga vita alla materia oscura

I primi risultati della ricerca sulla materia oscura condotta sui dati raccolti con l’osservatorio cinese Lhaaso pongono vincoli stringenti alla durata delle particelle candidate più pesanti: almeno mille miliardi di miliardi di anni. Fra gli scienziati che hanno guidato lo studio, pubblicato su Physical Review Letters, c’è anche il fisico Marco Chianese della Federico II di Napoli

     30/12/2022
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Fotografia aerea di Lhaaso (cliccare per ingrandire). Crediti: Ihep

L’inafferrabile materia oscura costringe i fisici ad alzare di nuovo l’asticella. In questo caso, l’asticella della sua attesa media di vita: per ipotetiche particelle di materia oscura “pesanti” non è inferiore alle migliaia di miliardi di miliardi di anni. Lo ha calcolato un team guidato dai fisici Li Zhe e Chen Songzhan dell’Accademia cinese delle scienze, da Kenny C. Y. Ng dell’Università cinese di Hong Kong e da Marco Chianese dell’Università Federico II di Napoli. La scoperta, pubblicata la settimana scorsa su Physical Review Letters, arriva grazie all’analisi di un anno e mezzo di dati, raccolti nel corso di due distinte campagne osservative – la prima dal 27 dicembre 2019 al 30 novembre 2020, la seconda dal primo dicembre 2020 al 19 luglio 2021 – con lo strumento Km2A (Kilometer Square Array) del grande osservatorio cinese per le altissime energie Lhaaso, il Large High Altitude Air Shower Observatory.

Le particelle di cui parliamo sono quelle con massa compresa fra le decine di migliaia e i miliardi di GeV. Dunque particelle che – fra le tante ipotizzate come candidate per la materia oscura – si collocherebbero nella categoria dei pesi massimi. Se fossero davvero loro le costituenti di quei quattro quinti abbondanti di massa dell’universo che mai nessuno è riuscito a catturare, con una vita media non inferiore a un numero di anni pari a un 1 seguito da 21 zeri – dunque centinaia di miliardi di volte la vita attuale dell’universo – sarebbero praticamente immortali (anche se c’è chi le batterebbe: l’elettrone, per esempio). Magari un’ottima notizia per le particelle stesse, ma pessima per chi dà loro la caccia: proprio la “morte” – o più propriamente il decadimento – è infatti uno dei processi che, attraverso l’emissione di neutrini e di raggi gamma ad altissima energia, potrebbe tradirne l’esistenza. Ma anche non averla rilevata, quest’emissione, com’è accaduto durante le campagne osservative di Lhaaso, segna un punto a favore della scienza: permette infatti ai fisici di scartare alcune ipotesi e di restringere ulteriormente il cerchio attorno alla materia oscura.

Marco Chianese, ricercatore all’Università Federico II di Napoli, è fra gli scienziati alla guida dello studio pubblicato su Physical Review Letters lo scorso 21 dicembre

«L’esistenza della materia oscura», ricorda Chianese a Media Inaf a questo proposito, «è fortemente supportata da svariate osservazioni cosmologiche e astrofisiche basate sull’interazione gravitazionale. Esistono diversi modelli teorici e fenomenologici che prevedono particolari proprietà della materia oscura come la sua massa, la sua interazione con la materia ordinaria e il suo tempo di decadimento. Ad esempio, un modello di materia oscura pesante e instabile è stato proposto per spiegare il flusso di neutrini ad alta energia osservato dal telescopio IceCube situato al polo Sud. Il nostro studio, basato sulle osservazioni di raggi gamma del telescopio Lhaaso in Cina, ha posto ulteriori limiti a tale modello, suggerendo una diversa origine dei neutrini ad alta energia».

La scoperta, dicevamo, è stata possibile grazie ai dati acquisiti con Lhaaso, e in particolare con lo strumento Km2A, formato da migliaia fra scintillatori e rivelatori di emissione Cherenkov. Il suo grande campo di vista, che gli permette di osservare ogni giorno circa il 60 per cento del cielo, unito alla sua eccellente sensibilità ai raggi gamma ad altissima energia – quelli oltre i 100 TeV – combinata con la capacità di riconoscere e rimuovere il rumore di fondo, hanno consentito agli scienziati di misurare con un’accuratezza senza precedenti l’intensità dei raggi gamma ultra-energetici provenienti dalle regioni oltre il piano galattico. Risultato: non hanno rilevato alcun eccesso. Ciò ha consentito di porre un nuovo limite, circa dieci volte più elevato di quello stimato in precedenza, alla vita media delle candidate particelle di materia oscura più pesanti.

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