Un fenomeno misterioso al centro della nostra galassia potrebbe fornire un indizio fondamentale per comprendere la materia oscura, uno dei più grandi enigmi della fisica moderna.
Gli scienziati hanno scoperto che l’idrogeno gassoso presente nella Zona Molecolare Centrale (CMZ) della Via Lattea è ionizzato in un modo inaspettato. Le spiegazioni tradizionali, basate sull’azione dei raggi cosmici, non sembrano sufficienti a giustificare questo fenomeno. Al contrario, i ricercatori hanno ipotizzato che la causa potrebbe essere un nuovo tipo di materia oscura composta da particelle leggere, che interagendo tra loro genererebbero particelle cariche capaci di ionizzare il gas circostante.
Se confermata, questa scoperta potrebbe rivoluzionare il nostro modo di concepire la materia oscura e il suo ruolo nell’universo.
La materia oscura: un mistero ancora irrisolto
La materia oscura è una sostanza invisibile che, secondo le stime attuali, costituirebbe circa l’85% della massa totale dell’universo. Tuttavia, non emettendo né assorbendo luce, essa non può essere osservata direttamente: la sua presenza è dedotta dagli effetti gravitazionali che esercita sulla materia visibile, come le galassie e gli ammassi galattici.
Da decenni, gli scienziati cercano di identificarne la natura. La teoria più accreditata finora sostiene che essa sia composta da particelle massicce debolmente interagenti (WIMP, Weakly Interacting Massive Particles), che attraversano la materia ordinaria senza interagire in modo significativo. Tuttavia, queste particelle non sono mai state osservate direttamente, nonostante gli enormi sforzi sperimentali.
Il nuovo studio, pubblicato su Physical Review Letters, ha suggerito una possibilità alternativa: la materia oscura potrebbe essere composta da particelle molto più leggere rispetto alle WIMP, e il loro comportamento potrebbe spiegare alcune anomalie osservate nella Via Lattea.
Una fonte di energia sconosciuta nel cuore della Via Lattea
Il dottor Shyam Balaji, ricercatore post-dottorato al King’s College di Londra e autore principale dello studio, ha spiegato:
“Al centro della nostra galassia si trovano enormi nubi di idrogeno caricato positivamente. Questo è un mistero per gli scienziati da decenni, perché normalmente l’idrogeno gassoso è neutro. Per ionizzarlo, cioè per rimuovere un elettrone dagli atomi, è necessaria una fonte di energia significativa. Ma da dove proviene questa energia?”
I ricercatori hanno osservato che l’idrogeno ionizzato presente nella CMZ mostra firme energetiche peculiari, incompatibili con le spiegazioni tradizionali basate sull’interazione con i raggi cosmici, ovvero particelle altamente energetiche che viaggiano nello spazio.
Secondo i modelli attuali, i raggi cosmici dovrebbero essere la principale causa della ionizzazione del gas interstellare. Tuttavia, nella CMZ, la quantità di energia disponibile non sembra sufficiente a giustificare il livello di ionizzazione osservato.
La soluzione proposta dal team di Balaji è che la fonte di questa energia possa essere l’annichilazione o la decadimento di una nuova forma di materia oscura leggera, che produrrebbe particelle cariche in grado di ionizzare l’idrogeno gassoso.
Materia oscura leggera: una nuova ipotesi
Se questa ipotesi fosse confermata, si tratterebbe di una scoperta straordinaria. Gli attuali esperimenti per rilevare la materia oscura, come XENONnT e LUX-ZEPLIN, sono progettati per cercare particelle massicce (le WIMP), ma potrebbero non essere adeguati per rilevare particelle più leggere.
Il team di ricerca ha evidenziato che:
La materia oscura potrebbe interagire più di quanto si pensasse
Finora si è ritenuto che le particelle di materia oscura interagissero solo tramite la gravità , ma il loro possibile ruolo nella ionizzazione dell’idrogeno suggerisce che potrebbero avere anche un’interazione elettromagnetica.
Un meccanismo di annichilazione o decadimento
Le particelle leggere di materia oscura potrebbero collidere tra loro e generare particelle cariche, le quali ionizzerebbero il gas circostante.
Se la materia oscura fosse più leggera e interagisse in modo più evidente, sarebbe possibile individuarne gli effetti analizzando l’ambiente interstellare piuttosto che tramite esperimenti terrestri.
Secondo il dottor Balaji:
“Molti esperimenti di ricerca della materia oscura sono basati sulla Terra e attendono che la materia oscura arrivi a loro. Ma guardando direttamente il centro della nostra galassia, possiamo ottenere indizi fondamentali sulla sua natura. I nostri dati suggeriscono che la materia oscura potrebbe essere molto più leggera di quanto pensassimo”.
Possibili implicazioni per l’astrofisica
Questa scoperta potrebbe spiegare non solo la strana ionizzazione dell’idrogeno nella CMZ, ma anche altri misteri della nostra galassia.
Uno dei fenomeni più enigmatici del nucleo galattico è la “linea di emissione a 511 keV”, un segnale di raggi X che indica la produzione di positroni (le antiparticelle degli elettroni). Questa linea energetica è stata rilevata da telescopi spaziali come INTEGRAL dell’ESA e suggerisce la presenza di un meccanismo sconosciuto che produce antimateria.
Secondo i ricercatori, l’annichilazione di particelle di materia oscura leggera potrebbe spiegare questa emissione. Se ciò fosse vero, fornirebbe un’ulteriore prova della loro esistenza.
Conclusioni: un nuovo capitolo nella ricerca della materia oscura?
Questa nuova ipotesi offre una prospettiva alternativa sulla natura della materia oscura e apre la strada a futuri studi sperimentali.
Per confermare queste teorie, gli scienziati hanno proposto di analizzare ulteriormente il gas interstellare, utilizzando telescopi a raggi X e gamma per cercare firme energetiche riconducibili a materia oscura leggera.
Se questa teoria fosse verificata, potrebbe rivoluzionare non solo la nostra comprensione della materia oscura, ma anche il modo in cui interpretiamo l’energia e la struttura della nostra galassia.
Il Dr. Shyam Balaji ha concluso:
“La nostra ricerca potrebbe segnare un passo avanti fondamentale nella comprensione dell’universo. Se la materia oscura è più leggera e più attiva di quanto pensassimo, potrebbe essere la chiave per svelare i misteri cosmici che ci circondano”.Â
La materia oscura rimane uno dei più grandi misteri della scienza, ma forse il cuore della nostra galassia sta iniziando a svelarne i segreti.Â
Fonte scientifica:
Balaji, S., et al. (2025). Physical Review Letters, DOI: 10.1103/PhysRevLett.2025.031010
INTEGRAL ESA (2024). 511 keV Gamma-ray Emission from the Galactic Center, ESA Publications
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