Un modello binario di materia oscura spiega i raggi gamma del Centro Galattico e il silenzio delle galassie nane

Un nuovo concetto teorico suggerisce che la materia oscura, che costituisce circa l'85% della massa dell'universo, possa non essere composta da una singola particella, bensì da un sistema binario formato da due componenti distinti. Tale ipotesi mira a risolvere discrepanze osservative di lunga data che mettevano in dubbio i modelli monolitici della materia oscura, come quelli basati sulle particelle massicce debolmente interagenti (WIMP).

Secondo la visione standard, le WIMP, tra i candidati più accreditati per la materia oscura, interagirebbero esclusivamente attraverso la gravità e l'interazione nucleare debole. Tuttavia, la mancanza di prove conclusive sulle WIMP, incluse quelle del Large Hadron Collider, sta spostando l'attenzione verso modelli alternativi. L'innovazione principale del modello della materia oscura dSph-fobica risiede nel fatto che il comportamento della materia oscura sembrerebbe dipendere dall'ambiente circostante, mutando in base alla densità locale e alle forze gravitazionali. Il modello postula che per rilevare segnali indiretti, come l'emissione di raggi gamma, sia necessaria la presenza simultanea e l'interazione di entrambi i componenti della materia oscura, processo che ne determina l'annichilazione.

I ricercatori, tra cui Asher Berlin, Joshua Foster, Dan Hooper e Gordan Krnjaic, hanno sviluppato questa teoria con il supporto di istituzioni come il Fermilab. Lo studio, intitolato dSph-fobic dark matter, è stato pubblicato sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) il 9 aprile 2026. Questa struttura binaria spiega direttamente l'enigma dell'Eccesso di Raggi Gamma del Centro Galattico (GCE), un inspiegabile picco di raggi gamma rilevato dal telescopio spaziale Fermi. Tale eccesso, consistente in un addensamento di fotoni in una regione sferica attorno al disco della Via Lattea, poteva essere spiegato in precedenza solo con l'annichilazione della materia oscura; tuttavia, la sua assenza nelle galassie nane sferoidali (dSph), nonostante la loro alta densità di materia oscura, generava una profonda contraddizione.

Le galassie nane sono considerate laboratori ideali per testare l'ipotesi, essendo povere di gas e stelle giovani, il che riduce al minimo il rumore di fondo prodotto da pulsar o buchi neri. Il modello della materia oscura dSph-fobica risolve questa divergenza ipotizzando che, nelle condizioni di alta densità e forte gravità del Centro Galattico, avvenga l'annichilazione congiunta di entrambi i componenti, generando la radiazione gamma osservata. Al contempo, il potenziale gravitazionale più debole delle galassie nane potrebbe impedire il raggiungimento dell'energia cinetica necessaria per la co-annichilazione delle particelle più leggere con quelle più pesanti, sopprimendo così il segnale rilevabile. Gordan Krnjaic del Fermilab osserva che, se la teoria di un unico tipo di materia oscura fosse corretta, dovremmo osservare emissioni simili anche in altre regioni con alte concentrazioni di questa sostanza.

La conferma di questa dipendenza ambientale, ossia legata alle condizioni locali, dipende dai risultati delle imminenti indagini astronomiche. La missione Euclid dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA) si profila come un test cruciale per questa teoria, con importanti dati cosmologici attesi per ottobre 2026. Il telescopio Euclid, lanciato a luglio 2023, utilizza il metodo della lente gravitazionale per mappare in 3D la distribuzione della materia oscura, misurando le distorsioni luminose di miliardi di galassie attraverso 10 miliardi di anni di storia cosmica. Entro il termine della sua missione di sei anni, Euclid dovrebbe immortalare oltre 1,5 miliardi di galassie, permettendo così di confermare il modello binario o di privilegiare alternative come i segnali provenienti dalle pulsar a millisecondi. Gli scienziati prevedono che i futuri dati di Euclid aiuteranno a chiarire se i sistemi nani emettano effettivamente raggi gamma, un punto fondamentale per verificare tale ipotesi.