Un nuovo modello cosmologico suggerisce una separazione ultra-relativistica della materia oscura nell'Universo primordiale

Nel gennaio 2026, la prestigiosa rivista Physical Review Letters ha pubblicato uno studio rivoluzionario che promette di riscrivere le attuali concezioni cosmologiche sulla genesi della materia oscura. Un team di ricercatori provenienti dall'Università del Minnesota Twin Cities e dall'Università di Parigi-Saclay ha introdotto un modello innovativo secondo il quale la materia oscura potrebbe essersi separata dal resto dell'Universo primordiale in uno stato ultra-relativistico, definito colloquialmente come «rovente». Nonostante questa condizione iniziale di altissima energia, la sostanza avrebbe avuto il tempo necessario per raffreddarsi fino a raggiungere le temperature indispensabili per la successiva formazione della materia oscura fredda.

Questa ricerca mette seriamente in discussione un postulato consolidato della fisica moderna, il quale suggerisce che la materia oscura debba necessariamente trovarsi in uno stato freddo nel momento del suo «congelamento» durante l'epoca del riscaldamento post-inflazionistico. Storicamente, la necessità di una materia oscura fredda era dettata dal fatto che una versione calda, simile ai neutrini di massa ridotta, avrebbe soppresso lo sviluppo delle strutture su larga scala dell'Universo. Il professor Keith Olive dell'Università del Minnesota ha più volte evidenziato come questo limite rappresentasse un vincolo fondamentale per comprendere l'evoluzione strutturale del cosmo.

L'autore principale della ricerca, Stephen Henrich, dottorando presso la School of Physics and Astronomy dell'Università del Minnesota, ha precisato che, sebbene la materia oscura debba essere fredda per consentire la formazione delle strutture attraverso la gravità, il nuovo lavoro smentisce la necessità di una fase iniziale fredda al momento della separazione primordiale. Analizzando i meccanismi di produzione della materia oscura nei periodi ad alta energia successivi all'inflazione, il team ha dimostrato che una separazione ultra-relativistica offre una finestra temporale sufficiente per il raffreddamento prima dell'inizio della formazione delle galassie, rispettando pienamente i vincoli osservativi attualmente noti.

Il coautore Yann Mambrini, professore presso l'Università di Parigi-Saclay, ha sottolineato come questo studio apra una nuova finestra su un periodo della storia universale estremamente vicino al Big Bang, collegando le proprietà intrinseche della materia oscura alla fisica del riscaldamento primordiale. Le proiezioni teoriche indicano che particelle con una massa superiore a poche migliaia di elettronvolt riuscirebbero a raffreddarsi fino a circa un elettronvolt entro l'epoca della crescita delle strutture cosmiche. Tale dato è in perfetta armonia con i rigorosi limiti derivanti dalle mappature galattiche e dalle misurazioni della radiazione cosmica di fondo, ampliando notevolmente lo spazio dei parametri per modelli come i WIMP e i FIMP.

Questo importante traguardo teorico, che ha ricevuto il sostegno del programma Horizon 2020 dell'Unione Europea tramite il finanziamento Marie Skłodowska-Curie, necessita ora di conferme empiriche sul campo. Gli scienziati hanno in programma una serie di test futuri che impiegheranno acceleratori di particelle, esperimenti sotterranei di scattering e l'utilizzo di sonde astrofisiche per verificare l'ipotesi della separazione ultra-relativistica. Il lavoro propone una visione decisamente più flessibile dell'Universo neonato, dove il caotico periodo di riscaldamento assume un ruolo molto più significativo di quanto precedentemente ipotizzato nel determinare le caratteristiche finali della materia oscura.