Tutta la materia che vediamo e con cui interagiamo ogni giorno, dalle persone ai pianeti, rappresenta solo circa il 15% della materia nell'universo. La stragrande maggioranza di esso è legata alla materia oscura, la sostanza enigmatica che sembra interagire con la materia normale solo attraverso la sua influenza gravitazionale. Che cos'è esattamente la materia oscura, quali proprietà può avere, dove potrebbe essere trovata e come potremmo rilevarla, sono tutti oggetto di speculazioni e indagini in corso.
I bosoni ultraleggeri sono uno di questi candidati. I bosoni sono una classe di particelle che include fotoni e il leggendario bosone di Higgs, ma alcuni modelli suggeriscono che possono esistere versioni sconosciute con masse estremamente piccole. Se fosse vero, potrebbero aiutare a tappare uno dei più grandi buchi nella nostra comprensione del cosmo.
"È quasi impossibile rilevare queste particelle di bosoni ultraleggeri sulla Terra", afferma il dottor Lilli Sun, co-autore principale dello studio. "Le particelle, se esistono, hanno una massa estremamente piccola e raramente interagiscono con altra materia, che è una delle proprietà chiave che la materia oscura sembra avere".
Quindi, per il nuovo studio, il team ha cercato nei cieli il tipo di segnale che le nuvole di bosoni ultraleggeri potrebbero produrre. Poiché la materia oscura interagisce principalmente attraverso la gravità, gli astronomi si sono rivolti alle onde gravitazionali, increspature nel tessuto stesso dello spazio-tempo.
Decine di segnali di onde gravitazionali sono state rilevate dal 2015, di solito prodotte durante le collisioni tra oggetti compatti come buchi neri e stelle di neutroni. Ma potrebbero anche provenire da fenomeni minori, generando un'onda molto più lunga e più delicata a frequenze particolari.
Il team afferma che i bosoni ultraleggeri potrebbero riunirsi in nuvole attorno a buchi neri in rapida rotazione, dove "trascinano" l'oggetto e rallentano la sua rotazione. Alla fine, la nube stessa inizia a ridursi mentre i bosoni si annichiliscono in altre particelle, che generano onde gravitazionali che potrebbero essere individuate con un particolare rilevatore di impronte digitali.
Per verificare la questa teoria, i ricercatori hanno esaminato i dati raccolti durante la terza osservazione del rivelatore Advanced LIGO. Sfortunatamente, non è stato rilevato alcun segnale di questo tipo, ma ciò non esclude completamente l'ipotesi. Invece, pone vincoli sul tipo di bosoni che potrebbero essere coinvolti e l'età e la distanza delle nuvole. Poiché la nube si restringe con l'età, i segnali delle onde gravitazionali sarebbero molto più deboli per le nuvole vecchie rispetto alle nuvole giovani.
Rivelatori più sensibili in futuro potrebbero trovare segnali più deboli da nubi più vecchie o altre più giovani che sono però più distanti. Oppure, naturalmente, potremmo scoprire che stiamo sbagliando tutto quanto e la materia oscura rivelarsi qualcosa di completamente diverso.