La materia oscura continua a sfuggire a qualsiasi tentativo di osservazione diretta, eppure qualcosa potrebbe essere appena cambiato. Un gruppo di fisici del MIT e di diverse istituzioni europee ritiene di aver individuato una possibile traccia di materia oscura nascosta dentro un segnale di onde gravitazionali prodotto dalla fusione di due buchi neri. Non è ancora una scoperta confermata, va detto subito. Ma il metodo sviluppato dal team apre una strada che fino a poco tempo fa sembrava impraticabile.

Il punto di partenza è relativamente semplice da capire: quando due buchi neri spiraleggiano uno verso l’altro e si fondono, generano increspature nello spaziotempo che si propagano nell’universo. Se quei buchi neri, prima di collidere, attraversano nubi dense di materia oscura, le onde gravitazionali risultanti potrebbero portare con sé delle distorsioni sottili, una sorta di impronta lasciata dall’interazione con quella sostanza invisibile. I ricercatori hanno costruito un modello capace di prevedere esattamente come dovrebbero apparire queste distorsioni, e poi lo hanno confrontato con dati reali.

Un segnale che non torna: il caso GW190728

Il team ha analizzato i dati pubblici raccolti dalla rete internazionale di osservatori LIGO Virgo KAGRA durante le prime tre campagne osservative. Su 28 eventi di onde gravitazionali particolarmente nitidi, 27 corrispondevano perfettamente a quello che ci si aspetterebbe da buchi neri che si fondono nel vuoto. Uno solo, catalogato come GW190728 e rilevato il 28 luglio 2019, mostrava qualcosa di diverso. Il pattern di quel segnale, secondo l’analisi del gruppo, potrebbe contenere evidenze di un’interazione con materia oscura.

Josu Aurrekoetxea, ricercatore postdoc al Dipartimento di Fisica del MIT, ha spiegato che la materia oscura è ovunque attorno a noi, ma deve essere sufficientemente densa perché se ne possano osservare gli effetti. I buchi neri offrirebbero proprio un meccanismo per amplificare questa densità. Una delle teorie più affascinanti coinvolge particelle estremamente leggere chiamate particelle scalari leggere, che vicino a un buco nero in rapida rotazione potrebbero comportarsi come onde coordinate. L’energia rotazionale del buco nero si trasferirebbe a queste onde, aumentandone drasticamente la densità attraverso un processo noto come superradianza. Se la densità raggiunge livelli sufficienti, la materia oscura potrebbe alterare le onde gravitazionali prodotte durante la collisione.

Uno strumento promettente, non ancora una prova definitiva

Il gruppo di ricerca ha costruito simulazioni dettagliate di fusioni di buchi neri in condizioni molto diverse tra loro, variando masse, dimensioni, quantità di materia oscura circostante e densità della stessa. Hanno poi previsto come le onde gravitazionali apparirebbero se i buchi neri si fondessero all’interno di un ambiente ricco di materia oscura anziché nel vuoto, tenendo conto anche delle alterazioni accumulate durante il viaggio di milioni di anni luce fino ai rilevatori terrestri.

Aurrekoetxea stesso tiene a precisare che la significatività statistica non è ancora sufficiente per dichiarare una scoperta. Ma sottolinea un aspetto cruciale: senza modelli come il loro, potremmo star già rilevando fusioni di buchi neri avvenute in ambienti densi di materia oscura e classificarle erroneamente come eventi accaduti nel vuoto. Questo è forse il contributo più importante dello studio, pubblicato su Physical Review Letters.

Con il crescere dei dati raccolti dagli osservatori gravitazionali nei prossimi anni, questa tecnica potrebbe diventare sempre più potente. Come ha sottolineato il coautore Rodrigo Vicente, dell’Università di Amsterdam, usare i buchi neri per cercare la materia oscura permetterebbe di sondare scale molto più piccole di quanto sia mai stato possibile prima. È una prospettiva che rende questo periodo particolarmente entusiasmante per chi cerca nuova fisica attraverso le onde gravitazionali.

L'articolo Onde gravitazionali e materia oscura: un segnale non torna agli scienziati proviene da Tecnoapple.

Cercare la materia oscura non richiede per forza budget miliardari e laboratori sotterranei grandi quanto una cattedrale. A volte bastano un gruppo di studenti universitari, un po’ di fondi, tanta creatività e il supporto giusto. È quello che è successo all’Università di Amburgo, dove un team di studenti della triennale ha progettato e costruito da zero un rivelatore per andare a caccia di assioni, particelle ipotetiche considerate tra le candidate più promettenti per spiegare cosa sia la materia oscura. Il risultato? Uno studio pubblicato sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) nell’aprile 2026, che stabilisce nuovi limiti sperimentali sulle proprietà degli assioni. Niente male, per un progetto nato quasi come esercizio accademico.

La cosmologia moderna è fatta di grandi collaborazioni internazionali, strumenti avanzatissimi e finanziamenti corposi. Eppure questa ricerca dimostra che anche su scala ridotta si possono ottenere dati scientifici reali. Il progetto è stato finanziato attraverso una borsa di ricerca studentesca del Hub for Crossdisciplinary Learning dell’ateneo tedesco, e ha potuto contare sull’appoggio del gruppo di ricerca dell’esperimento MADMAX, che lavora sullo stesso tipo di fisica ma con risorse e complessità ben diverse.

Un rivelatore essenziale ma funzionante

L’idea di fondo è quasi poetica nella sua semplicità. Come ha spiegato Agit Akgümüs, primo autore dello studio, la materia oscura dovrebbe essere ovunque nella nostra galassia. Non serve andare in un posto speciale per provare a rilevarla. Basta il laboratorio giusto e, soprattutto, lo strumento giusto.

Il team ha assemblato un apparato sperimentale compatto, incentrato su una cavità risonante realizzata con materiali ad alta conduttività. Hanno poi integrato tutta l’elettronica necessaria, i cablaggi, i supporti strutturali e gli strumenti di misura. Nabil Salama, altro autore dello studio, lo descrive come “la versione più semplice possibile di un rivelatore a cavità per la materia oscura”. Meno sensibile dei grandi esperimenti, certo, limitato a una finestra di ricerca ristretta, ma comunque capace di produrre dati scientifici nuovi.

Gli studenti non sono partiti completamente dal nulla. Hanno sfruttato le strutture esistenti, le attrezzature messe a disposizione dall’università e la guida dei ricercatori del Quantum Universe Cluster of Excellence, che ha fornito anche l’accesso a componenti chiave come il magnete.

Nessun segnale, ma risultati che contano

Alla fine della raccolta dati, il team non ha rilevato alcun segnale attribuibile agli assioni. Potrebbe sembrare un fallimento, ma nella fisica delle particelle funziona diversamente. Non trovare nulla in una determinata regione dello spazio dei parametri significa poter escludere che esistano assioni con certe caratteristiche in quel range di massa, soprattutto quelli che interagirebbero più fortemente con i fotoni. Questo aiuta a restringere il campo e a orientare gli esperimenti futuri.

Akgümüs lo ha spiegato in modo efficace: la ricerca degli assioni è come esplorare un territorio vastissimo. Il loro esperimento copre solo una piccola zona, con sensibilità limitata, ma contribuisce comunque a ridurre le possibilità. Per trovare davvero la particella servono esperimenti molto più grandi, oppure tanti piccoli esperimenti diversi, ognuno che esplora una regione specifica.

Un dettaglio particolarmente significativo è emerso durante la revisione tra pari. Uno dei revisori ha suggerito che, una volta scoperto l’assione e note le sue proprietà (soprattutto la massa), esperimenti come questo potrebbero diventare molto più accessibili e persino essere utilizzati nei laboratori didattici. L’idea che un giorno costruire un rivelatore di materia oscura possa diventare un normale esercizio da laboratorio universitario è affascinante. E questi studenti, in un certo senso, hanno già anticipato quel futuro.

L'articolo Materia oscura: studenti universitari costruiscono una radio cosmica proviene da Tecnoapple.