La materia oscura è la chiave del puzzle cosmico

Non sappiamo come si formano i campi magnetici. Ora, una nuova ricerca teorica ci dice come la parte invisibile del nostro universo potrebbe aiutarci a rilevarla, suggerendo un’origine primordiale, anche entro un secondo dall’universo. la grande esplosione.

Piccoli aloni di materia oscura sparsi nell’universo potrebbero servire come sonde altamente sensibili dei campi magnetici primordiali. È quanto emerge da uno studio teorico condotto dalla SISSA e pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica.

I campi magnetici esistono su scala enorme ovunque nell’universo. Tuttavia, la loro origine è ancora oggetto di dibattito tra gli studiosi. Una possibilità interessante è che i campi magnetici siano sorti in prossimità della nascita dell'universo stesso, cioè che siano campi magnetici primordiali.

Nello studio, i ricercatori hanno dimostrato che se i campi magnetici fossero davvero primitivi, potrebbero causare un aumento delle perturbazioni della densità della materia oscura su piccola scala. L’effetto finale di questo processo sarebbe la formazione di piccoli aloni di materia oscura che, se rilevati, indicherebbero la natura primordiale dei campi magnetici.

Quindi, in un apparente paradosso, la parte invisibile del nostro universo può essere utile per determinare la natura di un componente della parte visibile.

Nello studio, i ricercatori hanno dimostrato che se i campi magnetici fossero effettivamente primitivi, potrebbero causare un aumento delle perturbazioni della densità della materia oscura su piccola scala. L’effetto finale di questo processo sarebbe la formazione di piccoli aloni di materia oscura che, se rilevati, indicherebbero la natura primordiale dei campi magnetici. Credito: Lucia Krastica

Evidenziando la formazione di campi magnetici

“I campi magnetici esistono ovunque nell’universo”, spiega Pranjal Raligankar della SISSA, autore dell’articolo. “Una possibile teoria riguardante la loro formazione suggerisce che quelli osservati finora potrebbero essere stati prodotti nelle fasi iniziali del nostro universo. Tuttavia, questa ipotesi non trova una spiegazione nel modello standard della fisica.

Per far luce su questo aspetto e trovare un modo per rilevare i campi magnetici “primitivi”, attraverso questo lavoro proponiamo un metodo che può essere definito “indiretto”. Il nostro approccio si basa sulla domanda: qual è l’effetto dei campi magnetici sulla materia oscura? È noto che non esiste alcuna interazione diretta. Tuttavia, come spiega Raligankar, “c’è qualcosa di indiretto che accade attraverso la gravità”.

Fin dall'universo primitivo

I campi magnetici primordiali potrebbero perturbare ulteriormente la densità di elettroni e protoni nell’universo primordiale. Quando diventano molto grandi, influenzano i campi magnetici stessi. Il risultato è la soppressione delle fluttuazioni su piccola scala.

“Nello studio abbiamo mostrato qualcosa di inaspettato”, spiega Raligankar. La crescita della densità barionica stimola la crescita delle perturbazioni della materia oscura senza possibilità di successiva cancellazione. Ciò ne causerebbe il collasso su piccola scala, producendo minuscoli aloni di materia oscura.

Il risultato, continua l'autore, è che anche se le fluttuazioni nella densità della materia barionica vengono annullate, esse lasceranno comunque tracce attraverso piccoli aloni, il tutto attraverso le sole interazioni gravitazionali.

“Questi risultati teorici indicano anche che l’abbondanza di piccoli aloni è determinata non dall’attuale presenza di campi magnetici primordiali, ma dalla loro forza nell’universo primordiale”, conclude Pranjal Raligankar. Pertanto, la scoperta di piccoli aloni di materia oscura rafforzerebbe l’ipotesi che i campi magnetici si siano formati molto presto, addirittura entro un secondo dopo il Big Bang.

Riferimento: “Micro-aloni di materia oscura provenienti da campi magnetici primordiali” di Pranjal Raligankar, 8 dicembre 2023, Lettere di revisione fisica.
doi: 10.1103/PhysRevLett.131.231002