La materia oscura può essere costituita da fotoni oscuri ultraleggeri che hanno riscaldato il nostro Universo. A questa
Qual è la particolarità della nuova ipotesi?
La particolarità della nuova ipotesi è che essaconcorda perfettamente con le osservazioni effettuate dal Cosmic Origin Spectrograph (COS) a bordo del telescopio spaziale Hubble. Studia la "rete cosmica", la complessa e rada rete di filamenti tra le galassie che riempie il cosmo.
Quali dati ha raccolto lo spettrografo?
I filamenti intergalattici cosmici sono più caldi di quanto previsto dalle simulazioni idrodinamiche del modello di formazione della struttura standard, secondo i dati raccolti da COS.
Una proiezione bidimensionale della rete cosmica, ottenuta come risultato della simulazione su un supercomputer.
Credito: Dr. Ewald Puchwein e la collaborazione Sherwood-Relics
Perché i fotoni oscuri possono teoricamenteessere convertiti in fotoni a bassa frequenza e riscaldare le strutture cosmiche, completano nuove informazioni sperimentali, spiegano gli autori dello studio. È stato condotto dallo staff della SISSA in collaborazione con ricercatori delle Università di Tel Aviv, Nottingham e New York.
Cosa sono i fotoni oscuri?
I fotoni oscuri sono nuovi ipoteticiparticelle elementari. Sono considerati portatori di una nuova interazione fondamentale, un "mediatore" tra la materia ordinaria e quella oscura. Secondo l'ipotesi, interagiscono proprio grazie a queste particelle.
Allo stesso modo, i fotoni sono i portatori di forza perelettromagnetismo. Tuttavia, a differenza di loro, i fotoni oscuri possono avere massa. In particolare, il fotone oscuro ultraleggero - con una massa di soli venti ordini di grandezza inferiore alla massa di un elettrone - è un buon candidato per il ruolo della materia oscura.
L'idea di un artista del moto dei fotoni. Credito: Robert Couse-Baker
Qualche notiziauna forza della natura che nasce nel quadro di un'estensione teorica del Modello Standard e si comporta come un'interazione elettromagnetica. Spesso in tali modelli c'è un fotone oscuro di massa instabile o diverso da zero. Decade rapidamente in altre particelle, come le coppie elettrone-positrone. Inoltre, il fotone oscuro, secondo l'ipotesi, è in grado di interagire direttamente con particelle note, come elettroni o muoni. Ma solo se queste particelle portano una carica associata alla nuova interazione di cui sopra.
In che modo i fotoni oscuri sono collegati alla rete cosmica?
Si prevede inoltre che i fotoni oscuri e ordinarisi mescoleranno come diversi tipi di neutrini. Ciò consentirà loro di essere convertiti in fotoni a bassa frequenza. Loro, a loro volta, riscalderanno la rete cosmica. Tuttavia, a differenza di altri meccanismi di riscaldamento basati su processi astrofisici, come la formazione stellare ei venti galattici, questo processo è più diffuso ed efficiente anche nelle regioni dello spazio a bassa densità.
elemento mancante
Tipicamente, gli astrofisici usavano fili cosmici,per esplorare le proprietà su piccola scala della materia oscura. Tuttavia, nel nuovo studio, gli scienziati hanno utilizzato per la prima volta i dati del mezzo intergalattico a basso spostamento verso il rosso come calorimetro. L'obiettivo è verificare se tutti i processi di riscaldamento che gli astronomi hanno osservato in precedenza sono sufficienti per riprodurre i dati ottenuti a COS.
uno dei più massicci ammassi di galassie conosciuti, RX J1347.5–1145, il cui centro è visibile qui in un oscuro "buco" nelle osservazioni di ALMA. Fonte: ALMA, CC BY 4.0, tramite Wikimedia Commons
La teoria della relatività di Einstein lo affermaUn orologio situato più vicino a un corpo di grandi dimensioni (come la Terra) funzionerà più lentamente di un orologio situato più lontano, ad esempio nello spazio. Questo fenomeno, noto come spostamento verso il rosso gravitazionale, è stato precedentemente confermato dai ricercatori.
Alla fine hanno scoperto che non è così: manca qualche elemento. Pertanto, gli scienziati hanno suggerito che il tutto sia nei fotoni oscuri.
Qual è il prossimo?
In un nuovo studio, i fisici hanno determinatomassa e miscelazione di un fotone oscuro con un fotone del Modello Standard. È necessario eliminare le incongruenze tra osservazioni e simulazioni. In futuro, questo esperimento porterà a ulteriori studi teorici e osservativi per esplorare la possibilità che un fotone oscuro possa costituire materia oscura.
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