Un nuovo studio, condotto da un team internazionale guidato dal Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP), suggerisce che l’eccesso di raggi gamma osservato al centro della Via Lattea con il Fermi Gamma-Ray Space Telescope della NASA potrebbe essere causato dalla materia oscura.
Analizzando simulazioni ad alta risoluzione di galassie simili alla nostra, i ricercatori hanno scoperto che la materia oscura non è distribuita in modo sferico, come si pensava, ma è appiattita e irregolare, con una forma simile a quella delle stelle nel centro galattico. Questa struttura rende possibile che le particelle di materia oscura si annichilino tra loro, producendo proprio i raggi gamma misurati dal telescopio spaziale Fermi.
Da tempo gli scienziati cercano di capire cosa produca l’eccesso di raggi gamma al centro della Via Lattea. Le ipotesi principali sono due: l’emissione da parte di pulsar millisecondo, cioè stelle di neutroni molto antiche e veloci, oppure l’annichilazione di particelle di materia oscura. Finora, però, la distribuzione dei raggi gamma osservati non sembrava compatibile con quella prevista per la materia oscura.
Il nuovo studio cambia questo scenario: le simulazioni mostrano che la materia oscura sembra essere distribuita in modo irregolare, proprio come l’emissione gamma. Questo rafforza l’ipotesi dell’annichilazione e apre nuove possibilità per spiegare l’origine di questo segnale.
Una nuova mappa della materia oscura galattica
Le simulazioni condotte dal team AIP, in collaborazione con la Hebrew University of Jerusalem (Israele) e la Johns Hopkins University (USA), hanno preso in esame un campione di galassie analoghe alla Via Lattea, evolutesi in condizioni ambientali simili al nostro vicinato cosmico.
Gli autori hanno analizzato la distribuzione della materia oscura nel bulge galattico e nel disco interno, e hanno scoperto che la sua forma non è una semplice sfera concentrica rispetto al centro galattico. Assume invece una configurazione più appiattita e con un leggero allungamento, modellata dalla dinamica stellare e dalla distribuzione di materia baronica (cioè di stelle e gas) della galassia.
Questo significa che le particelle di materia oscura non sono distribuite in modo uniforme in tutte le direzioni, ma seguono in parte la forma della galassia. Secondo Moorits Muru, autore principale dello studio, “l’appiattimento della regione è sufficiente a spiegare l’eccesso di raggi gamma come risultato dell’auto-annichilazione della materia oscura”.
La scoperta è importante perché mostra che la forma della materia oscura sembra corrispondere a quella dell’emissione osservata. Questo eliminerebbe il problema che finora separava teoria e dati: non servirebbe più ipotizzare sorgenti alternative o profili anomali, se la materia oscura ha davvero “la forma giusta”.
All’interno della galassia, questo nuovo modello richiede che la materia oscura sia abbastanza densa nel bulge e nel disco interno da permettere annichilazioni frequenti. Di conseguenza, anche le strategie di ricerca della materia oscura e di analisi delle mappe gamma dovranno cambiare, abbandonando l’idea di una distribuzione perfettamente sferica.
Due ipotesi a confronto per l’eccesso di raggi gamma
L’emissione in eccesso di raggi gamma nel centro galattico era stata a lungo interpretata come possibile indicatore della presenza di antiche pulsar millisecondo, oggetti compatti che ruotano a velocità elevatissime e che rilasciano flussi energetici costanti.
Questi oggetti, se presenti in gran numero vicino al centro galattico, potrebbero, in linea teorica, spiegare la distribuzione spaziale delle emissioni. Tuttavia, finora mancava una corrispondenza precisa tra il profilo osservato e quello atteso per una popolazione di pulsar millisecondo.
Con questo nuovo modello di distribuzione, l’ipotesi dell’auto-annichilazione della materia oscura torna ad essere una spiegazione valida. L’altra ipotesi, quella delle pulsar, non è comunque esclusa, infatti è anche possibile che più sorgenti contribuiscano al segnale.
Serviranno ulteriori studi per confermare questo risultato, ma questa scoperta può avere conseguenze anche per le osservazioni future. Se la materia oscura non è distribuita in modo simmetrico, i telescopi ad alta energia dovranno cercare segnali anche in regioni più estese e irregolari, non solo nel centro galattico.
Lo studio, pubblicato su Physical Review Journals, è reperibile qui in versione pre-print.
