Coelum Astronomia 221 - 2018 - Page 57

tutti considerevolmente convoluti e innaturali e quindi decisamente poco convincenti, a meno di introdurre delle ipotesi fortemente inusuali sulla natura degli aloni di materia oscura.

Il secondo problema è legato alla profondità del profilo di assorbimento, che indica o che il gas primordiale fosse in effetti molto più freddo a quanto previsto nel modello cosmologico standard o, alternativamente, l’esistenza di processi esotici che hanno comportato l’effettivo raffreddamento del gas. In questa seconda categoria, la possibilità più plausibile potrebbe essere che il gas primordiale si sia raffreddato entrando in contatto con l’unica componente cosmologica più fredda disponibile: di nuovo la materia oscura. Il problema chiave è che il livello di interazione necessario sarebbe molto più grande di quanto consentito dai risultati di esperimenti di ricerca diretta di candidati di materia oscura “standard”.

Di conseguenza, la comunità di fisici teorici delle astroparticelle si è in queste ultime settimane “scatenata” alla ricerca di scenari plausibili, che possano spiegare un livello di interazione tra materia ordinaria e materia oscura molto più alto di quanto previsto per ora. Limiti molto stringenti derivano, ad esempio, da processi di perdita di energia dalle supernove – che sono la genesi primordiale degli elementi leggeri (Big Bang Nucleosynthesis) – e dalla radiazione cosmica di fondo.

Considerando questi limiti, uno dei primi studi a proposito, Barkana et al [3], indica che l’unica spiegazione apparentemente plausibile sia quella di interazioni con una dipendenza massimale dalla velocità relativa tra materia oscura e gas, ovvero tale da massimizzare l’effetto a basse velocità e sopprimerlo a velocità relative più alte. In questo contesto, Barkana e colleghi indicano come modello di riferimento, non escluso dai limiti esistenti, quello di una componente minoritaria di materia oscura (circa l’1%) con una milli-carica, ossia una carica elettrica effettiva molto più piccola di quella dell’elettrone o del protone. Uno scenario senza però solide motivazioni teoriche, indipendenti dall’interpretazione del segnale misurato da EDGES.

Il mio gruppo di ricerca all’Università della California, nel Campus di Santa Cruz, sta attualmente esplorando vari scenari alternativi, sia per la produzione della radiazione ultravioletta responsabile per la reionizzazione “precoce” osservata da EDGES, sia per l’ampiezza anomala del segnale.

Nel primo caso, stiamo considerando decadimenti o annichilazione di particelle al di là del Modello Standard, mentre nel caso dell’ampiezza del segnale stiamo esplorando scenari francamente piuttosto “esotici”, che includono stelle di prima generazione composte di materia oscura o formazione di strutture sottoposte a interazioni fortemente dipendenti dalla velocità.

In conclusione, ritengo che in questo momento la costruzione di modelli di nuova fisica ad hoc per spiegare i dettagli di una misura affetta da sistematiche molto consistenti sia prematuro. Potenzialmente, tuttavia, le implicazioni di questo segnale per l’esplorazione delle proprietà particellari della materia oscura possono essere molto profonde e potenzialmente rivoluzionarie!

Non resta che attendere nuove misure da altri esperimenti radio indipendenti per la conferma sia del segnale che delle sue caratteristiche.

Riferimenti Bibliografici

[1] What does the first highly-redshifted 21-cm detection tell us about early galaxies?

Jordan Mirocha, Steven R. Furlanetto

https://arxiv.org/abs/1803.03272

[2] “The EDGES 21 cm Anomaly and Properties of Dark Matter” di Sean Fraser et al.

arXiv:1803.03245 [hep-ph].

[3] “Signs of Dark Matter at 21-cm?

Rennan Barkana, Nadav Joseph Outmezguine, Diego Redigolo, Tomer Volansky.

arXiv:1803.03091 [hep-ph].

www.coelum.com

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