Usare pulsar per osservare le prove della materia oscura

Prove allettanti di potenziali oggetti di materia oscura sono state rilevate con l’aiuto dei “cronometristi” dell’Universo, le pulsar, stelle di neutroni che ruotano ed emettono fasci di onde radio simili a fari che attraversano rapidamente lo spazio. Sonno state utilizzate per identificare misteriose masse nascoste.

Prove allettanti di potenziali oggetti di materia oscura sono state rilevate con l’aiuto dei “cronometristi” dell’Universo.

Queste pulsar – stelle di neutroni che ruotano ed emettono fasci di onde radio simili a fari che attraversano rapidamente lo spazio – sono state utilizzate per identificare misteriose masse nascoste.

Le pulsar si sono guadagnate il loro soprannome perché emettono radiazioni elettromagnetiche a intervalli molto regolari, che vanno dai millisecondi ai secondi, rendendole cronometriste estremamente precise.

“La scienza ha sviluppato metodi molto precisi per misurare il tempo”, ha detto l’astronomo dietro la ricerca, il professor John LoSecco, dell’Università di Notre Dame, che sta presentando i suoi risultati al National Astronomy Meeting di questa settimana presso l’Università di Hull.

“Sulla Terra abbiamo orologi atomici e nello spazio abbiamo pulsar. “Mentre la gravitazione è nota per rallentare la luce da più di un secolo, finora ci sono state pochissime applicazioni”.

Il professor LoSecco ha osservato variazioni e ritardi nei tempi delle pulsar, indicando che i fasci radio stanno viaggiando intorno a una concentrazione di massa invisibile da qualche parte tra la pulsar e il telescopio.

Crede che queste masse invisibili siano candidate per oggetti di materia oscura.

Il professor LoSecco ha studiato i ritardi nei tempi di arrivo degli impulsi radio, che normalmente hanno una precisione di nanosecondi. Ha cercato lungo il percorso degli impulsi radio all’interno del rilascio dei dati della survey PPTA2 dal Parkes Pulsar Timing Array.

Questo progetto in corso produce misurazioni precise dei tempi di arrivo degli impulsi utilizzando i dati di sette diversi radiotelescopi: Effelsberg, Nançay, Westerbork, Green Bank, Arecibo, Parkes e Lovell, quest’ultimo nel Cheshire.

Gli impulsi hanno una cadenza di circa tre settimane in tre bande di osservazione.

Le deviazioni nei tempi di arrivo dovute alla materia oscura hanno una forma ben definita e una dimensione proporzionale alla sua massa.

La luce che passa vicino alle regioni di materia oscura sarà rallentata dalla sua presenza. Una ricerca dei dati di precisione di 65 “pulsar millisecondi” ha rivelato circa una dozzina di incidenti che sembrano essere interazioni con la materia oscura.

Il professor LoSecco ha dichiarato: “Sfruttiamo il fatto che la Terra si sta muovendo, il Sole si sta muovendo, la pulsar si sta muovendo e persino la materia oscura si sta muovendo.

“Osserviamo le deviazioni nel tempo di arrivo causate dal cambiamento di distanza tra la massa che stiamo osservando e la linea di vista della nostra pulsar ‘orologio'”.

Una massa delle dimensioni del Sole può produrre un ritardo di circa 10 microsecondi. Le osservazioni fatte dal professor LoSecco hanno risoluzioni dell’ordine dei nanosecondi, 10.000 volte più piccole.

“Uno dei risultati suggerisce una distorsione di circa il 20% della massa del Sole”, ha detto il professor LoSecco. “Questo oggetto potrebbe essere un candidato per la materia oscura”.

Ha anche confermato che un effetto collaterale di questa ricerca è che migliora il campione di dati di temporizzazione delle pulsar. Questo campione di precisione è stato raccolto per cercare prove di radiazione gravitazionale a bassa frequenza.

Gli oggetti di materia oscura aggiungono “rumore” a quei dati, quindi identificarli e rimuoverli ripulirà i campioni da una certa variabilità, eliminando tale rumore durante altre ricerche di radiazione gravitazionale.

“La vera natura della materia oscura è un mistero”, ha detto il professor LoSecco. “Questa ricerca getta nuova luce sulla natura della materia oscura e sulla sua distribuzione nella Via Lattea e può anche migliorare l’accuratezza dei dati di precisione delle pulsar”.

 

 

Immagine: NASA Goddard/Walt Feimer