Gli esperti spiegano come un innovativo dispositivo scientifico sia in grado di trovare materia oscura su Giove
Il grande Giove con il suo intenso campo gravitazionale potrebbe essere un enorme attrattore di materia oscura, di cui quindi sarebbe ricco. Grazie ad un innovativo strumento scientifico potremo osservarla.
Per giustificare alcune osservazioni astrofisiche, in particolare quelle legate alle stime della massa delle galassie, degli ammassi di galassie e delle proprietà delle fluttuazioni nel fondo cosmico è stata ipotizzata l’esistenza di una materia diversa da quella finora conosciuta che dovrebbe costituire quasi il 90% della massa presente nell’universo: la cosiddetta materia oscura.
Si tratta quindi di una materia ipotetica che da quando è stata teorizzata tentiamo di osservare. Proprio a tal proposito un innovativo e mastodontico strumento scientifico potrebbe aiutarci nel rilevare quella “nascosta” su Giove.
Si è deciso di andare a cercare la materia oscura sul gigante gassoso del nostro sistema solare grazie alle complesse misurazioni effettuate durante la missione Juno che dal 2016 orbita attorno al pianeta raccogliendo una moltitudine di dati.
Come può Giove attirare la materia oscura?
Tra questi ci sono quelli legati all’intenso campo gravitazionale all’interno di Giove dovuto alla presenza di elementi metallici intrappolati a pressioni elevatissime nel nucleo del pianeta.
L’enorme forza gravitazionale di Giove potrebbe renderlo capace di catturare particelle debolmente interagenti che teoricamente potrebbero costituire la materia oscura: i cosiddetti WIMP, acronimo di Weakly Interacting Massive Particles, ovvero “particelle massive debolmente interagenti”.
Siccome la materia oscura dovrebbe essere teoricamente il maggior costituente dell’universo è probabile che alcune sue particelle vaghino nello spazio e possano essere attratte e intrappolate dalla gravità gioviana.
Queste particelle una volta intrappolate finirebbero per scontrarsi con le particelle che costituiscono il pianeta e con altre eventuali particelle di materia oscura ugualmente intrappolate. Ad ogni collisione le WIMP perderebbero energia fino alla loro annichilazione secondo le regole della meccanica quantistica.
L’annichilazione dei WIMP produrrebbe quindi neutrini, particelle che noi siamo in grado di rilevare.
Infatti l’interazione di questi neutrini con gli elettroni o i nuclei di materia sulla Terra può produrre particelle cariche che si muovono più velocemente della luce nel mezzo. Ovviamente questa velocità è inferiore a quella della luce nel vuoto che sappiamo essere la massima velocità raggiungibile, è un limite superiore.
Quando quindi un materiale emette particelle che attraversano il mezzo a velocità superiore rispetto alla velocità di fase della luce nel mezzo stesso parliamo di effetto Cerenkov e noi abbiamo già sviluppato uno strumento in grado di osservarlo: il Super-Kamiokande, solitamente abbreviato in Super-K.
Una mastodontica vasca sotterranea
Il particolare materiale in grado di produrre queste cariche secondarie generate dall’interazione dei neutrini è l’acqua, abbastanza abbondante sul nostro pianeta e in generale poco costosa viste le enormi quantità necessarie per costruire questo rilevatore.
Il Super-Kamiokande è un osservatorio sotterraneo di neutrini situato in Giappone, nella miniera di Kamioka, e consiste in 50.000 tonnellate di acqua purissima circondate da 11.146 tubi fotomoltiplicatori. È stato costruito nel 1983 per studiare i neutrini solari, quelli atmosferici e quelli provenienti da eventuali supernovae della nostra galassia.
Il Super-K è stato quindi sviluppato oltre 30 anni fa e ormai è sorta l’esigenza di costruire rilevatori ancora più avanzati come l’Hyper-Kamiokande, analogamente abbreviato in Hyper-K.
Anche questo verrà costruito in Giappone, a circa 650 metri di profondità nella miniera di Tochibora sotto la vetta del monte Nijuugo, nelle Alpi giapponesi.
Si troverà 8 km a sud rispetto al sui predecessore e sarà 5 volte più grande, con ben 258.000 tonnellate di acqua.
La costruzione dell’Hyper-Kamiokade dovrebbe concludersi entro il 2027, anno in cui è previsto l’inizio della raccolta dati di questo mastodontico rilevatore.