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Le onde gravitazionali potrebbero essere responsabili della produzione di materia oscura durante le prime fasi della formazione del nostro universo, secondo i risultati di un nuovo studio.
Le onde gravitazionali potrebbero essere responsabili della produzione di materia oscura durante le prime fasi della formazione del nostro universo, secondo i risultati di un nuovo studio del professor Joachim Kopp della Johannes Gutenberg University di Magonza (JGU) e del PRISMA Cluster of Excellence in collaborazione con il dottor Azadeh Maleknejad dell’Università di Swansea.
Il loro lavoro, pubblicato su Physical Review Letters, presenta nuovi calcoli che esplorano un meccanismo innovativo per la formazione della materia oscura attraverso le cosiddette onde gravitazionali stocastiche.
In questo modo, contribuiscono a rispondere a una domanda fondamentale nella fisica delle particelle. Pianeti, stelle e persino la vita sulla Terra sono tutti composti da materia visibile.
Questo tipo di materia rappresenta solo circa il quattro percento del nostro universo.
La stragrande maggioranza è invisibile, composta da materia oscura ed energia oscura.
Ad esempio, la materia oscura costituisce circa il 23 percento del nostro universo
. Le osservazioni astrofisiche confermano che la materia oscura permea l’intero universo e forma galassie, così come le strutture più grandi conosciute nel cosmo.
Tuttavia, le particelle che compongono la materia oscura sono ancora sconosciute. Molte teorie ed esperimenti in corso cercano una risposta a questa domanda aperta.
Le onde gravitazionali sono un tipo di increspature nello spaziotempo che di solito ha origine in alcuni dei processi più intensi ed energetici dell’universo, ad esempio quando due buchi neri o stelle di neutroni si fondono.
D’altra parte, le onde gravitazionali stocastiche sono causate da fenomeni diversi senza la partecipazione di oggetti cosmologici massicci.
Di conseguenza, il loro segnale più debole fa parte del rumore di fondo delle numerose onde che attraversano il nostro universo. Tuttavia, spesso sono estremamente antiche.
Molti dei loro fenomeni originari si sono verificati nelle prime fasi dello sviluppo del nostro universo, come le cosiddette transizioni di fase della materia, quando l’universo si raffreddava dopo il Big Bang caldo, ovvero i campi magnetici primordiali.
“In questo articolo, indaghiamo la possibilità che le onde gravitazionali – che si ritiene fossero ubiquitarie nell’universo primordiale – vengano parzialmente convertite in particelle di materia oscura,” ha spiegato Kopp.
“Questo porta a un nuovo meccanismo di produzione di materia oscura che non è mai stato studiato prima.”
Kopp e Maleknejad mostrano nel loro studio che le onde gravitazionali potrebbero aver portato alla formazione di fermioni senza massa o quasi senza massa.
La famiglia di particelle fermionica comprende elettroni, protoni e neutroni, tra gli altri. Questi fermioni dell’universo primordiale acquisirebbero poi massa e formerebbero le particelle di materia oscura che esistono ancora oggi.
“Il prossimo passo nello sviluppo di questa linea di ricerca è andare oltre le nostre stime analitiche e condurre calcoli numerici per migliorare l’accuratezza delle nostre previsioni. Un’altra via per future ricerche è l’indagine di ulteriori possibili effetti delle onde gravitazionali nell’universo primordiale. Un esempio di ciò sarebbe un meccanismo che potrebbe spiegare la ben nota differenza tra particelle e antiparticelle prodotte,” ha detto Kopp.
ill./©: Azadeh Maleknejad, Swansea University
