La materia oscura fredda

Nel 1982 Jim Peebles (classe 1939), astronomo canadese naturalizzato statunitense che insieme a Robert Dicke aveva predetto la radiazione cosmica di fondo, aveva abbandonato la sua idea di disseminare l’universo con semi di galassie in modo casuale, convertendosi allo spettro invariante di scala formulata da Harrison e Zeldovich associato al modello inflazionario del Big Bang.

In fisica e matematica, l’invarianza di scala è una caratteristica degli oggetti o una legge che non cambia se si scalano le lunghezze (o parimenti le energie) di un fattore comune. Peebles ipotizzò che la materia oscura trovata da Zwicky fosse costituita da particelle dotate di massa debolmente interagenti (WIMP).

Le WIMP potrebbero essere prodotte dalla caldissima reazione termica iniziale. Ovunque la radiazione termica iniziale presenti una densità leggermente più alta anche la densità delle WIMP sarebbe leggermente più alta. Queste particelle esotiche non avrebbero carica elettrica e non interagirebbero con la radiazione termica. Si diraderebbero con l’espansione dell’universo, come i fotoni della radiazione termica, con un’unica differenza, questi ultimi perdono energia man mano che le loro lunghezze d’onda vengono allungate dall’espansione, mentre sia le WIMP che le particelle di materia ordinaria non perdono energia in questo modo. La densità di energia dei fotoni finisce per scendere sotto la densità di energia delle particelle di materia oscura e di materia ordinaria.

Questo avviene quando l’universo è 3234 volte più piccolo di quanto lo sia oggi e più piccolo di un fattore 3 di quello al momento della ricombinazione. Il modello della materia oscura fredda o cold dark matter come si chiama in inglese ed abbreviata CDM però non è assoluta sul tipo di particelle esotiche che la costituirebbero.

Le candidate sono tre tipologie di particelle chiamate rispettivamente:

• WIMPs – o Weakly Interacting Massive Particles (particelle massicce a debole interazione) che non interagiscono con la materia circostante ma che hanno una massa considerevole. Attualmente non si conoscono particelle che rispondono a tali requisiti e il loro studio richiede l’uso degli acceleratori di particelle.
• MACHOs – o Massive Compact Halo Objects (oggetti massicci e compatti dell’alone galattico) che possone essere oggetti condensati come i buchi neri, le stelle di neutroni e le nane bianche, oppure stelle molto deboli o oggetti non luminosi come pianeti. La loro ricerca consiste nel ricercare l’effetto di lente gravitazionale che questi oggetti produrrebbero.
• L’assione un’ipotetica particella elementare, implicitamente ipotizzata dalla teoria di Peccei-Quinn per spiegare la non violazione della simmetria CP nell’interazione forte. Ricordiamo che la simmetria CP è una simmetria  quasi esatta delle leggi di natura sotto l’effetto dello scambio simultaneo di particelle con le corrispondenti antiparticelle(Simmetria C) e dell’inversione delle coordinate spaziali (Simmetria P).