Un team di ricercatori dell’Australian National University (ANU) sta usando i rilevatori di onde gravitazionali LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), Virgo e KAGRA, che rilevano onde gravitazionali fino a miliardi di anni luce di distanza, per individuare potenziali nubi di bosoni. Queste strutture, costituite da particelle subatomiche ultraleggere quasi impossibili da rilevare, sono state suggerite come una possibile fonte di materia oscura, l'ipotetica componente della materia che rappresenta circa l'85% di tutta la materia nell'Universo.

Ora, un nuovo studio offre nuovi indizi per dare la caccia a queste particelle subatomiche cercando le onde gravitazionali causate da nuvole di bosoni che circondano buchi neri.


Alla ricerca di onde gravitazionali da nuvole di bosoni

Questa ricerca costituisce il primo sondaggio di tutto il cielo dedicato a cercare le onde gravitazionali previste provenienti da possibili nuvole di bosoni vicino a buchi neri in rapida rotazione, ha spiegato la dottoressa Lilli Sun del ANU Centre for Gravitational Astrophysics. 

"È quasi impossibile rilevare queste particelle di bosoni ultraleggeri dalla Terra", ha detto il dott. Sun. Il fatto è che "hanno una massa estremamente piccola e raramente interagiscono con altra materia, che è una delle proprietà chiave che la materia oscura sembra avere. La materia oscura non può essere vista ma sappiamo che esiste per l'effetto che ha sugli oggetti che possiamo osservare".
"Ma cercando le onde gravitazionali emesse da queste nuvole potremmo essere in grado di rintracciare queste sfuggenti particelle di bosone e possibilmente decifrare il codice della materia oscura. Le nostre ricerche potrebbero anche permetterci di escludere alcune particelle di bosoni ultraleggeri che secondo le teorie potrebbero esistere".

I bosoni ultraleggeri sono particelle ipotetiche la cui massa è prevista essere inferiore a un miliardesimo della massa di un elettrone. Interagiscono relativamente poco con l'ambiente circostante e finora hanno eluso le ricerche. Perciò, se esistono, dicono gli scienziati, potrebbero essere una forma di materia oscura. Secondo le previsioni della teoria quantistica, un buco nero di una certa massa dovrebbe attirare nuvole di bosoni ultraleggeri le quali, a loro volta, rallenterebbero la rotazione del buco nero "estraendo" energia (un processo chiamato super-radianza).

Ora, i rilevatori di onde gravitazionali permettono ai ricercatori di esaminare l'energia dei buchi neri in rapida rotazione.

 

Una danza che dura milioni di anni

"Crediamo che questi buchi neri intrappolino un numero enorme di particelle di bosoni nel loro potente campo gravitazionale, creando una nuvola che orbita con loro. Questa delicata danza continua per milioni di anni e continua a generare onde gravitazionali che sfrecciano nello spazio", ha detto Sun.

La dottoressa Sun ha affermato che la forza di qualsiasi onda gravitazionale dipende dall'età della nuvola, con quelle più vecchie che inviano segnali più deboli.
"La ricerca di nuvole di bosoni può essere ristretta perché la nuvola perde energia inviando onde gravitazionali", ha detto il dott. Sun. "Secondo i nostri calcoli, un particolare tipo di nube bosonica di età inferiore a 1.000 anni non dovrebbe esistere da nessuna parte nella nostra Galassia, mentre è improbabile che le nuvole che hanno fino a 10 milioni di anni esistano entro circa 3.260 anni luce dalla Terra".

Sebbene i ricercatori non abbiano ancora rilevato onde gravitazionali dalle nuvole di bosoni, Sun ha affermato che questo studio suggerisce nuove possibilità.
"Le scoperte di onde gravitazionali non solo forniscono informazioni su misteriosi oggetti compatti nell'Universo, come buchi neri e stelle di neutroni, ma ci permettono anche di cercare nuove particelle e materia oscura", ha detto.
"I futuri rivelatori di onde gravitazionali apriranno sicuramente più possibilità. Saremo in grado di raggiungere più in profondità l'Universo e scoprire ulteriori informazioni su queste particelle".