La querelle sui neutrini sterili

Per decenni, gli astrofisici hanno pensato che una sorta di materia oscura invisibile dovesse pervadere le galassie e tenerle insieme, ma a tutt’oggi la sua natura rimanga un mistero. Ora, tre fisici affermano che le loro osservazioni su chiazze di cielo vuote escludono una possibile spiegazione della strana sostanza: che è fatta di particelle insolite chiamate neutrini sterili. Altri invece sostengono che i dati non mostrano nulla del genere. "Penso che per la maggior parte delle persone nella comunità questa sia la fine della storia, - afferma l'autore dello studio Benjamin Safdi, fisico astroparticellare dell'Università del Michigan_Ann Arbor. Ma Kevork Abazajian, fisico teorico dell'Università della California_Irvine, afferma che la nuova analisi è gravemente difettosa. "Ad essere onesti, dice, questo è uno dei peggiori casi di raccolta di dati che ho visto”. Il lavoro inedito, di un altro gruppo che ha osservato simili macchie di cielo vedendo lo stesso segno di neutrini sterili che sfuggivano a Safdi. Gli astrofisici ritengono che ogni galassia si formi e risieda in un vasto ammasso, o "alone", di materia oscura, come la fossa di una pesca. La gravità della sostanza invisibile aiuta a impedire alle stelle all'interno di volare nello spazio vuoto. I fisici teorici hanno inventato numerose particelle ipotetiche che potrebbero costituire la materia oscura, tra cui cugini di particelle subatomiche quasi prive di massa, appena rilevabili chiamate neutrini, che sgorgano dal Sole e dai reattori nucleari. Le particelle che compongono la materia oscura sarebbero ipotetici neutrini “sterili”, più pesanti e persino più sfuggenti. Un neutrino ordinario può interagire con un nucleo atomico; i neutrini sterili interagiscono solo con altri neutrini, insorgendo quando un neutrino normale si trasforma in uno sterile attraverso un processo chiamato miscelazione dei neutrini. L'idea che i neutrini sterili possano costituire la materia oscura ha avuto spazio nel 2014. Le osservazioni sulle galassie vicine e sul centro della nostra Via Lattea hanno rivelato un debole bagliore di raggi X con un'energia specifica, 3,5 chilo-elettroni volt (keV). Quel bagliore sarebbe prevedibile se i neutrini sterili con una massa di 7 keV pervadessero le galassie. Molto raramente, un neutrino sterile decadrebbe in un normale neutrino e una radiografia, dimostrerebbe che avrebbe un'energia pari alla metà della massa del neutrino sterile. Una nuova analisi delle osservazioni astronomiche mostra che il bagliore rivelatore non può provenire dalla materia oscura, riferiscono oggi Safdi e colleghi. Hanno esaminato i dati non provenienti da galassie distanti, ma da vuoti di cielo tra le stelle in oltre 4000 immagini d'archivio scattate da XMM-Newton, telescopio spaziale a raggi X lanciato nel 1999 dall'Agenzia spaziale europea. Se la nostra galassia si trova all'interno di una vasta nuvola di neutrini sterili, allora il telescopio deve scrutare attraverso quella nuvola - e anche il cielo tra le stelle dovrebbe debolmente brillare con raggi X da 3,5 keV. La squadra di Safdi non ha trovato alcun segno di tale splendore e questo suggerisce, - dice Safdi-, che il bagliore nelle galassie lontane non proviene dalla materia oscura, ma da una fonte più ordinaria come il gas caldo. Alexey Boyarsky, teorico di astroparticelle alla Leiden University, non è convinto. "Penso che questo documento sia sbagliato, -dice Boyarsky- aggiungendo che assieme ad altri colleghi hanno eseguito un’analoga analisi non pubblicata nel 2018 , usando anche immagini di XMM-Newton, e hanno visto un bagliore di 3,5 keV dal cielo vuoto: ciò che si aspettava scrutando attraverso un alone di neutrini sterili. In che modo due gruppi guardano gli stessi dati e giungono a conclusioni opposte? La differenza, - dice Boyarsky -, sta nei loro metodi  . Poiché la nostra galassia è piena di un sottile gas ionizzato, il cielo emette raggi X, che possono raggiungere il picco come energie specifiche anche senza un contributo della materia oscura. Il telescopio XMM-Newton

Il telescopio XMM-Newton

stesso può anche brillare ed emettere raggi X a determinate energie. E alcune radiografie provengono anche oltre la nostra galassia. Per vedere un bagliore di 3,5 keV dalla materia oscura, i ricercatori devono vagliarlo da quei contributi di fondo. Per fare ciò, Boyarsky e colleghi hanno analizzato l'intero spettro delle energie dei raggi X che XMM-Newton è in grado di rilevare, modellando l'intero sfondo e sottraendolo dai dati. Fondamentalmente, -dice Boyarsky-, il suo gruppo di ricercatori ha rimosso picchi noti a 3,3 keV e 3,7 keV per rivelare il picco inspiegabile di 3,5 keV. Safdi afferma che il suo team ha adottato un approccio diverso. Prendendo in prestito tecniche statistiche sviluppate negli smasher atomici, hanno analizzato lo spettro di ciascuna immagine separatamente e analizzato i dati solo su un intervallo di energie molto più ristretto.

Tuttavia, quella gamma di energia, -dice Abazajian-,non è molto più ampia del picco che la squadra sta cercando,. Boyarsky aggiunge che, poiché Sadfi e il suo team non hanno eliminato le altre due cime di fondo, potrebbero aver scambiato un plateau creato dalle tre cime sovrapposte per uno spettro piatto. “Non è così, -obietta Safdi-, dato che Il suo gruppo di ricerca ha scoperto che sottraendo gli altri picchi e allargando la finestra dell'energia non si cambia il risultato. Se fosse esistito un picco di 3,5 keV, la tecnica più sofisticata del suo team l'avrebbe rivelato”. Allora Boyarsky proverà a pubblicare la sua analisi del cielo bianco. Ora, lo sottoporrà ad altri validi interlocutori. "Non mi interessa se viene pubblicato, ma vorrei che fosse sottoposto a peer review", afferma. "Non possono dire che non è interessante."