Materia oscura nel nucleo del Sole?

“La settimana scorsa ci hai spiegato com’è fatto il Sole all’interno. Ma come si fa a esserne certi, se dentro il Sole non si può guardare direttamente né spedirci una sonda?”. Alessandro (questo nome è di fantasia) è un ragazzone muscoloso. Potrebbe sembrare il classico palestrato ottuso, ma il suo sguardo tradisce un’intelligenza e una curiosità non comuni. Non so che cosa ci sia nel suo passato, né voglio saperlo: non mi riguarda. Per me Alessandro è una delle 20 persone che mi trovo davanti in questo ciclo di conferenze in penitenziario: un’esperienza che mi ha regalato il confronto con un pubblico maledettamente interessante e stimolante. La domanda di Alessandro è profonda, forse più di quanto lui stesso possa immaginare. E meriterebbe una divagazione epistemologica. Me la cavo spiegandogli del Modello Solare Standard, delle simulazioni al computer, della migliore conoscenza compatibile con le misure effettuate finora. E concludo: “In effetti il modello del Sole è quanto di meglio gli scienziati siano riusciti a produrre, quanto di più coerente con le osservazioni. E tuttavia sì, hai ragione. La certezza su come davvero sia fatta la nostra stella non l’avremo mai”. Alessandro annuisce. Sarà soddisfatto? Ne dubito. Di sicuro non lo sono io. Perché in realtà il Modello Solare Standard zoppica un po’, lo so. E nei giorni scorsi ben due gruppi di studiosi hanno riportato in auge un’ipotesi che sembra pazzesca: nel nucleo del Sole si nasconde della materia oscura.
Giù giù, nelle profondità della stella, a milioni di gradi si scatena la fusione nucleare: nuclei di idrogeno si scontrano, si fondono e producono elio ed energia. Ma quest’ultima come arriva poi alla superficie? Secondo il Modello, i fenomeni sono due: in una regione interna sotto forma di radiazione elettromagnetica (zona radiativa) e in un guscio esterno con il trasporto di materia (zona convettiva). Una parte inoltre sfugge come neutrini, particelle di massa minuscola e prive di carica, difficilissime (ma non impossibili) da rivelare. Tutto ciò che noi vediamo e misuriamo del Sole è lì: luce e neutrini. Ma osserviamo pure la diffusione di onde negli strati esterni e visibili della stella: eliosismologia, si chiama. E sulla base di queste informazioni ricostruiamo la struttura interna, il meccanismo di produzione profonda dell’energia e il suo trasporto verso l’esterno. Il problema è che i modelli non riescono a ricostruire tutte le osservazioni. In particolare, il nucleo del Sole dovrebbe raffreddarsi un po’ e il passaggio dalla zona radiativa a quella convettiva dovrebbe essere più profondo. E allora?
Allora forse la spiegazione sta nella materia oscura. Si tratta di materia la cui esistenza è certa, perché si constata il suo effetto gravitazionale sulla materia visibile nelle galassie e negli ammassi di galassie, ma sulla cui natura i fisici ancora non hanno le idee chiare e men che meno possiedono riscontri sperimentali. Di sicuro c’è solo che la materia oscura potrebbe rappresentare l’80 per cento di tutta la massa nell’universo (e già questo dovrebbe indurci a un bel bagno di umiltà: studiamo il cosmo e nemmeno sappiamo bene che cosa contenga). L’ipotesi della presenza di materia oscura nel Sole è stata proposta da Stephen West, del Royal Holloway dell’Università di Londra, che con i suoi collaboratori ha pubblicato su arXiv uno studio nel quale si pone una domanda: che cosa accadrebbe alla materia oscura se si trovasse dentro il Sole? Ed ecco la risposta: le sue particelle fornirebbero un ulteriore meccanismo di trasporto dell’energia verso l’esterno e abbasserebbero la temperatura centrale della stella. Dal conto loro, Mads Frandsen e Subir Sarkar, dell’Università di Oxford, hanno appena pubblicato su “Physical Review Letters” i risultati di una simulazione che vanno nello stesso senso della ricerca di West e dei suoi collaboratori. Frandsen e Sarkar sostengono che a causa della materia oscura il confine fra la zona convettiva e quella radiativa è più profondo di quanto dica il Modello Solare Standard: un fatto compatibile con quanto si ricava dall’eliosismologia.
Ora, bisogna pur dire che la pensata della materia oscura non è proprio nuovissima. In realtà era stata proposta già negli Anni Ottanta per spiegare una stranezza: dal Sole arrivano molti meno neutrini di quanto previsto dal Modello Solare Standard. Per giustificare questo fatto, bisognava immaginare una temperatura del Sole inferiore, e per questo la materia oscura faceva proprio comodo. Poi si scoprì che la soluzione è un’altra: nel loro viaggio fino ai nostri rivelatori, i neutrini si trasformano in tipi differenti, uno solo dei quali è rivelabile. E addio materia oscura. Se ora Frandsen, Sarkar, West e gli altri hanno ragione, se insomma la materia oscura uscita dalla porta rientra dalla finestra, allora la questione si riapre, perché adesso di neutrini ce ne sarebbero forse addirittura troppi.
Adesso la palla passa nel campo dei fisici sperimentali. Come abbiamo visto, la presenza di materia oscura dovrebbe influire sul flusso di alcuni tipi di neutrini, abbassandolo di un buon 10 per cento. Quando entreranno in linea i rivelatori di nuova generazione in Canada e in Italia, nuove misure ci forniranno ulteriori indicazioni. Ma Alessandro, possiamo immaginare, nella sua ricerca della certezza assoluta non potrà ancora (e forse mai) sentirsi soddisfatto.