Le condizioni della materia oscura indicano che non può essere materia regolare. La materia regolare (atomi, molecole e simili) assorbe ed emette facilmente luce. Anche se la materia oscura fosse nuvole di molecole così fredde da non emettere quasi alcuna luce, sarebbero comunque visibili dalla luce che assorbono. Apparirebbero come nebulose oscure comunemente viste vicino al piano galattico. Ma non ce ne sono abbastanza per spiegare gli effetti della materia oscura che osserviamo. Abbiamo anche escluso i neutrini. Non interagiscono fortemente con la luce, ma i neutrini sono una forma di materia oscura "calda" poiché i neutrini si muovono quasi alla velocità della luce. Sappiamo che la maggior parte della materia oscura deve essere lenta, e quindi "fredda". Quindi, se la materia oscura è là fuori, deve essere qualcos'altro.
In questo ultimo lavoro, gli autori sostengono che la materia oscura potrebbe essere fatta di particelle note come bosoni scalari. Tutta la materia conosciuta può essere collocata in due grandi categorie conosciute come fermioni e bosoni. La categoria in cui si trova una particella dipende da una proprietà quantistica nota come spin. I fermioni come elettroni e quark hanno spin frazionario come 1/2 o 3/2. I bosoni come i fotoni hanno uno spin intero come 1 o 0. Ogni particella con uno spin pari a 0 è un bosone scalare.
Mentre sembra una distinzione banale, i due tipi di particelle si comportano in modo molto diverso quando riuniti in grandi gruppi. I fermioni non possono mai occupare lo stesso stato quantistico, quindi quando provi a stringerli insieme, si respingono. Questo è il motivo per cui esistono nane bianche e stelle di neutroni. La gravità cerca di spingere elettroni o neutroni insieme, ma la pressione di Fermi è così forte che può resistere alla gravità (fino a un certo punto). I bosoni, d'altra parte, sono "felici" di occupare lo stesso stato. Quindi, se si super raffredda un gruppo di bosoni (come l'elio-4) possono depositarsi in uno strano oggetto quantistico noto come condensato di Bose-Einstein.
L'unico bosone scalare conosciuto è il bosone di Higgs. L'Higgs non può essere materia oscura date le sue proprietà note, ma alcune teorie propongono altri bosoni scalari. Questi non interagirebbero fortemente con la luce, solo con la gravità. Poiché la luce non può riscaldarli in modo significativo, nel tempo questi bosoni scalari si raffredderebbero e collasserebbero in grandi nuvole. Quindi forse la materia oscura è fatta di grandi nubi diffuse di bosoni scalari.
È un'idea interessante, ma come potresti dimostrarlo? Poiché i bosoni scalari interagiscono gravitazionalmente, interagiscono anche con le onde gravitazionali. A seconda della loro massa, i bosoni scalari potrebbero anche decadere emettendo gravitoni. Di conseguenza, i bosoni scalari potrebbero creare onde gravitazionali di lunga durata che hanno una frequenza simile. È l'equivalente gravitazionale di un debole ronzio. Quindi il team ha esaminato i dati delle onde gravitazionali di LIGO e Virgo. Hanno cercato prove di un ronzio gravitazionale nella gamma 20 - 600 Hz e non hanno trovato nulla. Sulla base del loro lavoro, gli autori concludono che non ci sono giovani nubi di bosoni scalari nella nostra galassia. Inoltre, non ci sono nubi di bosoni scalari vecchi e freddi entro 3.000 anni luce dalla Terra.
Questo studio non esclude completamente i bosoni scalari, ma pone alcuni forti limiti all'idea. E in questo momento questa sembra essere la storia della materia oscura: per scoprire di cosa si tratta, continuiamo a scoprire cosa non è.