La materia oscura, l'enigma invisibile preferito dall'universo, è di solito descritta come una sostanza che risponde solo alla gravità. Ma gli scienziati, mai contenti di una storia semplice, stanno ora esplorando una possibilità più complessa: le particelle di materia oscura potrebbero interagire anche attraverso una forza nascosta propria. Un nuovo studio sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) ha esaminato cosa succederebbe se la materia oscura sperimentasse una forza attrattiva aggiuntiva. I risultati sono stati sorprendentemente controintuitivi: sebbene la forza faccia sì che la materia oscura si raccolga in modo più efficiente, di solito non accelera la crescita delle strutture cosmiche. Invece, tende a rallentare quella crescita.

Perché gli scienziati stanno considerando una 'forza oscura'? Perché osservazioni altamente precise dell'Universo hanno prodotto risultati che non sempre si allineano perfettamente. Le misurazioni dell'espansione cosmica e dello sviluppo delle galassie e di altre grandi strutture a volte sembrano raccontare storie leggermente diverse. Alcune osservazioni dell'Universo distante suggeriscono che l'espansione potrebbe essere proceduta un po' più lentamente in passato rispetto a quanto prevede il modello cosmologico standard. Nel frattempo, gli studi sulla radiazione cosmica di fondo hanno a lungo suggerito che la materia potrebbe essere più strettamente raggruppata sulle scale più grandi dell'Universo di quanto previsto. Queste differenze sono relativamente piccole, ma hanno incoraggiato gli scienziati a chiedersi se il modello standard della cosmologia potrebbe mancare di un ingrediente importante.

Una possibilità è che le particelle di materia oscura sentano una forza extra che la materia ordinaria non può rilevare. Poiché l'interazione opererebbe solo nel settore della materia oscura, i ricercatori la chiamano 'forza oscura'. Tale interazione potrebbe potenzialmente influenzare sia l'espansione dell'Universo che la formazione di galassie e strutture cosmiche più grandi. 'Quello che sappiamo realmente sulla materia oscura finora è stato appreso solo attraverso i suoi effetti gravitazionali', dice Zachary Weiner, ricercatore al Perimeter Institute for Theoretical Physics e autore corrispondente dello studio. 'Ciò lascia aperta la possibilità che la materia oscura possa avere interazioni aggiuntive nascoste alla materia ordinaria.'

Il team di ricerca ha studiato un gruppo di modelli teorici in cui le particelle di materia oscura interagiscono attraverso una forza a lungo raggio oltre alla gravità. Usando calcoli teorici insieme a dati cosmologici, gli scienziati hanno studiato come questa interazione nascosta influenzerebbe la storia dell'espansione cosmica e la crescita delle strutture su larga scala. All'inizio, il risultato atteso sembra semplice: se le particelle di materia oscura si attraggono attraverso un'altra forza, dovrebbero assemblarsi in grumi più rapidamente. Quel clustering più forte potrebbe anche sembrare spiegare le osservazioni che suggeriscono che l'Universo contiene strutture più dense del previsto. 'La prima cosa che ci si aspetta è che dare alla materia oscura una forza attrattiva aggiuntiva dovrebbe far crescere le strutture più velocemente', dice Weiner. 'Ma un altro effetto entra in gioco allo stesso tempo.'

Nei modelli esaminati dai ricercatori, la forza extra fa effettivamente sì che la materia oscura si raggruppi più efficacemente. Tuttavia, cambia anche il modo in cui la materia oscura si comporta mentre l'Universo si espande. Lo stesso processo fa sì che le particelle di materia oscura perdano effettivamente massa nel tempo. Questa riduzione indebolisce la loro influenza gravitazionale, compensando l'attrazione più forte prodotta dalla forza nascosta. Di conseguenza, il clustering potenziato non crea un'impronta gravitazionale più forte sulla radiazione cosmica di fondo. Nella maggior parte dei casi, l'effetto combinato sopprime effettivamente la crescita delle strutture cosmiche.

I risultati potrebbero essere importanti per le teorie che vanno oltre la sola materia oscura. Alcune spiegazioni proposte per le recenti misurazioni del Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) coinvolgono interazioni simili tra particelle di materia oscura. Secondo i ricercatori, il meccanismo appena identificato è probabile che influenzi molti di quei modelli più complicati.