Mercoledì, 8 Aprile, 2026
E se la materia oscura avesse due stati?
L’assenza di un segnale potrebbe essere essa stessa un segnale. È questa l’idea alla base di un nuovo studio pubblicato sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP), che mira a ridefinire il modo in cui cerchiamo la materia oscura, mostrando che potrebbe non essere necessario trovare gli stessi “indizi” ovunque per interpretarla.
In particolare, lo studio suggerisce che, anche se osserviamo un certo tipo di segnale al centro della nostra galassia — un eccesso di radiazione gamma che potrebbe derivare dall’annichilazione di particelle di materia oscura — il fatto di non rilevare lo stesso segnale in altri sistemi, come le galassie nane, non è sufficiente per escludere questa spiegazione.
La materia oscura, infatti, potrebbe non essere costituita da una singola particella, ma da più componenti leggermente diverse, il cui comportamento varia a seconda dell’ambiente cosmico.
Materia oscura: sappiamo che esiste ed è abbondante, ma non l’abbiamo mai osservata direttamente e quindi non sappiamo ancora cosa sia. Da decenni è uno dei principali oggetti di studio per cosmologi e astrofisici che cercano di comprenderne la natura. La sua presenza viene dedotta principalmente dagli effetti gravitazionali che esercita sulla materia visibile, ma finora nessuna delle ipotesi proposte ha ricevuto una conferma definitiva dai dati.
La ricerca quindi continua.
Molti dei modelli più accreditati descrivono la materia oscura come composta da particelle. In alcuni di questi scenari, quando due particelle si incontrano, possono annichilarsi producendo radiazione ad alta energia, come i raggi gamma, che gli astronomi cercano di rilevare.
“Al momento sembra esserci un eccesso di fotoni provenienti da una regione approssimativamente sferica che circonda il disco della Via Lattea,” spiega Gordan Krnjaic, fisico teorico al Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) negli Stati Uniti e uno degli autori dello studio. Questo eccesso di fotoni gamma osservato dal telescopio spaziale Fermi potrebbe essere dovuto all’annichilazione della materia oscura. Tuttavia, esistono anche spiegazioni alternative, in cui l’emissione gamma sarebbe prodotta da sorgenti astrofisiche come una popolazione di pulsar.
Per risolvere il dilemma è necessario guardare altrove. “Se alcune teorie della materia oscura sono corrette, dovremmo rilevarla in ogni galassia, per esempio in ogni galassia nana,” spiega Krnjaic.
Galassie nane
Le galassie nane sono sistemi molto piccoli e deboli, ma estremamente ricchi di materia oscura. Hanno pochissimo “rumore” astrofisico — meno stelle e meno radiazione ordinaria — e sono quindi ambienti ideali per cercare segnali “puliti”.
Le teorie standard che descrivono la materia oscura come composta da particelle prevedono generalmente due possibilità per il modo in cui queste particelle si annichilano. Nel caso più semplice, la probabilità di annichilazione è costante e non dipende dalla velocità delle particelle: in questo scenario, se osserviamo un segnale al centro della nostra galassia, dovremmo aspettarci di vederlo anche in altri sistemi ricchi di materia oscura, come le galassie nane.
Nel secondo caso, la probabilità di annichilazione dipende dalla velocità delle particelle. Poiché nelle galassie le particelle di materia oscura si muovono a velocità molto basse, questo tipo di interazione rende l’annichilazione estremamente rara e quindi il segnale di fatto invisibile ovunque.
In questo quadro, l’assenza di un segnale nelle galassie nane renderebbe difficile interpretare l’eccesso di radiazione gamma osservato al centro della nostra galassia come dovuto alla materia oscura.
Krnjaic e collaboratori descrivono però uno scenario alternativo, più complesso, che potrebbe spiegare l’assenza di un segnale nelle galassie nane mantenendo comunque valida l’interpretazione del segnale osservato nella Via Lattea come possibile effetto della materia oscura.
Due particelle diverse
“Quello che vogliamo sottolineare in questo lavoro è che potrebbe esserci un diverso tipo di dipendenza dall’ambiente, anche se la probabilità di annichilazione è costante nel centro della galassia,” spiega Krnjaic. “La materia oscura potrebbe essere semplicemente composta da due particelle diverse, e queste due particelle devono incontrarsi tra loro per potersi annichilare.”
La probabilità che le due componenti della materia oscura si incontrino e si annichilino dipenderebbe anche dal rapporto tra queste due particelle in ciascun sistema astrofisico. Questo rapporto potrebbe essere diverso in galassie come la nostra — dove le due componenti potrebbero essere presenti in proporzioni simili — e nelle galassie nane, dove potrebbe invece essere fortemente sbilanciato.
“In questo modo si ottengono previsioni molto diverse per l’emissione,” spiega Krnjaic.
Il modello proposto rappresenta quindi un’alternativa più flessibile allo scenario standard più semplice, poiché consente di spiegare l’assenza di un segnale gamma nelle galassie nane senza escludere un’origine legata alla materia oscura per il segnale osservato nella Via Lattea.
In futuro, il telescopio gamma Fermi potrebbe fornire dati più precisi sulle galassie nane — attualmente ancora limitati — aiutando a chiarire se questi sistemi emettono o meno radiazione gamma. In linea di principio, l’osservazione di un segnale sarebbe compatibile con una distribuzione simile delle due componenti anche nelle galassie nane, mentre la sua assenza potrebbe suggerire che una delle due sia meno abbondante. Tuttavia, questa interpretazione non è univoca e dipende da ulteriori fattori astrofisici, rendendo necessario confrontare il modello con un insieme più ampio di osservazioni.
L’articolo “dSph-obic dark matter” di Asher Berlin, Joshua Foster, Dan Hooper e Gordan Krnjaic è ora disponibile su JCAP.