Anche se in passato qualcuno ha caldeggiato l'idea che alcune galassie o distanti regioni cosmiche siano fatte di antimateria, la maggior parte di fisici e astronomi danno per scontato che l'Universo si composto essenzialmente di sola materia, relegando la presenza di sparute quantità di antimateria a fenomeni locali e momentanei, come le reazioni nucleari, il decadimento radioattivo o la creazione di coppie particella-antiparticella nei fenomeni che coinvolgono fotoni gamma ad alta energia.
Invece un nuovo studio pubblicato dall' American Physical Society e firmato da Simon Dupourqué, Luigi Tibaldo e Peter von Ballmoos (tre ricercatori dell' IRAP, Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie di Tolosa) mette in dubbio questa convinzione/convenzione e apre uno scenario completamente nuovo, con la possibilità che un esistano stelle o altri corpi composti di antimateria entro i confini dell'Universo osservabile. La ricerca prende spunto dalla possibile rilevazione di nuclei di anti-elio da parte del famoso strumento AMS-02, installato all'esterno della Stazione Spaziale Internazionale.
La maggior parte dei raggi cosmici, circa il 99%, è formato da materia “ordinaria” quali protoni e nuclei elio. AMS-02 è stato progettato per misurare con precisione la rarissima componente di antimateria nei raggi cosmici, come positroni (cioè anti-elettroni) ed anti-protoni, e anche componenti di antimateria pesante, come nuclei di anti-elio mai osservati prima. Tali nuclei potrebbero essere prodotti in vere e proprie anti-stelle e, analizzando il catalogo di sorgenti di raggi gamma basato su 10 anni di osservazioni dal Large Area Telescope (LAT), gli autori hanno posto dei limiti sull'abbondanza di simili astri attorno al Sole.
I grafici sulle distribuzioni di probabilità di una popolazione simulata di anti-stelle, compatibilmente con la sensibilità di LAT. - Credits: Dupourqué, Tibaldo, von Ballmoos, Phys. Rev. D 103, 083016 - Processing: Marco Di Lorenzo
La ricerca indica 14 candidati di anti-stelle, oggetti non associati a una tipologia nota di sorgente gamma e aventi uno spettro compatibile con un fenomeno di annichilazione tra barioni e antibarioni; tali candidati sono indicati nella figura di apertura. A questo punto, utilizzando anche le stime sulla sensibilità di LAT, si sono stabiliti i limiti superiori alla frazione di stelle che, nei nostri paraggi, potrebbero essere delle anti-stelle; tale frazione è riportata qui sopra, in funzione della massa delle stelle, distanza e velocità. .Per una popolazione simile a quella di stelle normali, si ottiene una frazione inferiore a una anti-stella ogni 400000 stelle normali. un limite superiore 20 volte più stringente dei precedenti. Nel caso di una distribuzione di anti-stelle primordiali distribuite nell'alone galattico, la frazione risulta inferiore al 20% per astri con massa pari a quella solare, molto meno per masse superiori. Combinando questi risultati con quelli su microlensing nelle Nubi di Magellano, si ottengono nuovi stringenti limiti sulla densità di anti-stelle nell'alone galattico e sul meccanismo di generazione e propagazione di anti-materia nei raggi cosmici.
Ricordiamo che l'Alpha Magnetic Spectrometer è un rivelatore di particelle con oltre di 3 metri di lato e una massa complessiva di 7,5 tonnellate, il cui scopo è studiare con precisione la composizione e l’abbondanza dei raggi cosmici nello spazio, in cerca di tracce di antimateria primordiale e materia oscura ad energie estreme, fino a qualche TeV (“tera-elettronvolt”). Nel 1998 un prototipo dell'esperimento (AMS-01) volò sullo Shuttle e, dopo anni di ulteriori sviluppi tecnologici, il rivelatore AMS-02 è stato portato in orbita con la penultima missione dello Shuttle, l'STS-134, ed agganciato alla ISS dove sta raccogliendo raggi cosmici con continuità dal 19 maggio 2011. Dopo 10 anni di raccolta dati e oltre 175 miliardi di segnali registrati, le operazioni dello strumento sono state recentemente estese almeno fino al 2028, grazie all’intervento di riparazione cui ha contribuito Luca Parmitano, a inizio 2020.
L’Agenzia Spaziale Italiana e l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) sostengono questo esperimento dal 1995, nell'ambito di una collaborazione internazionale che comprende istituti di ricerca e università in America, Europa e Asia. Circa 150 miliardi di raggi cosmici sono stati identificati da AMS-02 nei primi 8 anni di presa dati, e nuovi dati sono continuamente raccolti secondo dopo secondo per poter rispondere a quesiti fondamentali della fisica moderna. I risultati scientifici di AMS stanno rivelando un bagaglio di informazioni inattese ed innovative, mostrando i limiti della comprensione attuale dei meccanismi che stanno dietro l’origine, accelerazione e propagazione dei raggi cosmici.
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