Porzione di Giove nell'infrarosso fotografato dal James Webb Space Telescope. Credits: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Imke de Pater (UC Berkeley), Thierry Fouchet (Observatory of Paris), Leigh Fletcher (University of Leicester), Michael H. Wong (UC Berkeley), Joseph DePasquale (STScI)
Tra il 70 e l’80% di tutta la materia presente nel nostro Universo non è la materia ordinaria di cui siamo composti. L’hanno quindi chiamata materia oscura, e al momento sappiamo poche cose al riguardo: non ha le stesse caratteristiche della materia ordinaria, avvolge gli aloni delle galassie, e non emette radiazione elettromagnetica.
Gli scienziati però ipotizzano che sia possibile rilevare la materia oscura indirettamente: identificando il calore emesso quando le particelle di materia oscura si scontrano e si distruggono a vicenda in un processo di annichilazione.
Ora, due astrofisici della Princeton University e dello SLAC National Accelerator Laboratory, Carlos Blanco e Rebecca K. Leane, hanno proposto e studiato quello che credono possa essere un caso del genere: il bagliore infrarosso nell’atmosfera esterna del lato oscuro di Giove.
Esistono molti candidati per ciò che potrebbe essere la materia oscura, e molti di questi candidati hanno proprietà che potrebbero essere rilevate in vari modi. Un’idea è che la materia oscura sia auto-annientante: quando due particelle di materia oscura si scontrano, si annientano a vicenda, producendo una piccola scarica di calore o di luce, o di entrambi.
Blanco e Leane ipotizzano che questa annientamento potrebbe verificarsi in alto nelle atmosfere dei pianeti, nello strato noto come ionosfera. Le particelle di materia oscura vengono catturate dalla gravità del pianeta e risucchiate nella ionosfera, dove rischiano la reciproca distruzione.
Giove sarebbe il posto migliore in cui cercare questo processo, essendo il corpo non solare più grande del Sistema Solare: sarebbe il più efficiente nel catturare la materia oscura disponibile localmente.
Durante i sorvoli di Giove della missione Cassini della NASA, diretta verso Saturno più di due decenni fa, lo spettrometro Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) a bordo potrebbe aver rilevato la traccia dell’ipotizzata annientamento della materia oscura. Infatti, la radiazione prodotta potrebbe essere ionizzante: ovvero, stacca elettroni dagli atomi nella ionosfera, generando H₃ caricato positivamente, H₃⁺, il cui bagliore infrarosso era rilevabile da VIMS.
Gli ioni H₃⁺ sono molto abbondanti nell’Universo e si formano tramite interazioni dell’idrogeno H₂ con i raggi cosmici, l’irradiazione stellare, le tempeste di fulmini planetarie o gli elettroni accelerati nei campi magnetici planetari.
I livelli di H₃⁺, che nelle atmosfere planetarie forniscono informazioni sulla temperatura e sulle correnti elettriche nell’atmosfera, se trovati in grande quantità potrebbebbero confermare la presenza di questi eventi di annichilazione di materia oscura che produce radiazioni ionizzanti.
Rilevare questo processo è una sfida, a causa degli altri processi ionizzanti attivi nel Sistema Solare. Per ridurre al minimo le interferenze, i due ricercatori hanno studiato le misurazioni di H₃⁺ effettuate da VIMS di Cassini nella regione equatoriale di Giove durante la notte, in particolare tre ore prima e tre dopo la mezzanotte gioviana.
I dati di Cassini non indicano se le quantità di ioni misurate fossero maggiori di quelle che avrebbero potuto essere generate con altri mezzi. Tuttavia, i dati notturni di Cassini hanno fornito nuove restrizioni sulle caratteristiche dell’annichilazione della materia oscura nelle atmosfere planetarie, se essa dovesse effettivamente essere in atto.
Gli scienziati affermano che misurazioni migliorate previste per gli anni 2030 con la missione Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) dell’ESA permetteranno di aumentare la sensibilità all’ionizzazione della materia oscura.
Così come sarà interessante studiare gli esopianeti locali. Lo ione H₃⁺ è attualmente ampiamente ricercato nelle atmosfere dei giganti gassosi e fa parte della lista di obiettivi della missione ARIEL dell’Agenzia Spaziale Europea, prevista per il lancio nel 2029. ARIEL avrà una sensibilità senza precedenti alla chimica atmosferica dei giganti gassosi in transito.
Altri telescopi, come il James Webb attuale o futuri telescopi, potranno rilevare l’H₃⁺ atmosferico nei pianeti extrasolari attraverso la spettroscopia ad alta risoluzione. I ricercatori si aspettano che questi telescopi e missioni possano quindi fornire dati di eccellente sensibilità per studiare la ionizzazione atmosferica della materia oscura negli esopianeti vicini.
A questo link lo studio, pubblicato su Physical Review Letters.
