Un confronto quantitativo tra 12 modelli di materia oscura mostra che sia gli scenari basati su particelle sia quelli che prevedono buchi neri primordiali possono richiedere un fine-tuning molto preciso, oppure risultare relativamente naturali. La differenza, secondo l’analisi, dipende soprattutto dal modo in cui ciascun modello produce la materia oscura, non dalla categoria a cui appartiene.
Lo studio è stato condotto da Stefano Profumo, professore di fisica all’Università della California, Santa Cruz, e vicedirettore per la teoria del Santa Cruz Institute for Particle Physics. I risultati sono stati pubblicati il 10 settembre 2026 su Physical Review D.
La materia oscura costituisce la maggior parte della materia nell’universo e ha un ruolo importante nella formazione e nei movimenti delle galassie, ma non è mai stata rilevata direttamente. Tra le spiegazioni proposte ci sono particelle subatomiche ancora sconosciute e buchi neri primordiali, che potrebbero essersi formati nei primissimi istanti dopo il Big Bang.
In assenza di una rilevazione confermata, i fisici valutano le diverse ipotesi anche in base alla loro «naturalezza». Un modello è considerato naturale se riesce a riprodurre l’universo osservato senza richiedere valori estremamente precisi per i suoi parametri fondamentali. Se una piccola variazione di un parametro cambia drasticamente la previsione, il modello è invece soggetto a un forte fine-tuning, cioè richiede una regolazione molto accurata.
Per confrontare le ipotesi con un criterio comune, Profumo ha applicato a 12 scenari la misura di Barbieri-Giudice. Questo metodo valuta quanto cambia l’abbondanza di materia oscura prevista quando uno dei parametri fondamentali del modello varia leggermente. Una previsione poco sensibile indica un fine-tuning minore; una variazione brusca, invece, segnala che il modello dipende da una regolazione più precisa.
Tra gli scenari esaminati ci sono le WIMP, particelle massive debolmente interagenti studiate da tempo, e diversi meccanismi che potrebbero aver prodotto buchi neri primordiali. Il confronto non ha individuato una separazione netta tra i due gruppi: in entrambe le categorie ci sono modelli distribuiti lungo tutto lo spettro del fine-tuning.
Un modello con buchi neri primordiali, in cui reti di strutture chiamate pareti di dominio collassano formando buchi neri, è risultato tra i più naturali. La sua valutazione è paragonabile a quella di alcuni modelli con particelle che richiedono poco fine-tuning.
All’estremo opposto si trova uno scenario con particelle ampiamente studiato, nel quale la materia oscura si annichila attraverso una risonanza associata al bosone di Higgs. Per ottenere la quantità di materia oscura necessaria, un parametro deve essere regolato con una precisione inferiore all’1 per cento. Tra i modelli analizzati, è quindi uno di quelli che richiedono il fine-tuning più marcato. Altri scenari, sia con particelle sia con buchi neri primordiali, si collocano in posizioni intermedie.
«Si tende a considerare i buchi neri primordiali come l’alternativa esotica e soggetta a fine-tuning, e la materia oscura costituita da particelle come l’opzione sicura e naturale», ha dichiarato Profumo. «Ma quando si fanno i calcoli e si confrontano i risultati, questa interpretazione non regge. Alcuni scenari con buchi neri sono tra i più naturali che si possano immaginare. Alcuni scenari con particelle richiedono un fine-tuning estremo. E altri, in entrambe le categorie, si collocano a metà strada».
«La naturalezza è uno strumento davvero utile per decidere dove cercare in futuro», ha aggiunto Profumo. «Ma non può diventare una scorciatoia per scartare un’intera categoria di idee, come quella dei buchi neri primordiali, solo perché alcuni singoli modelli al suo interno richiedono un certo fine-tuning. Il fine-tuning riguarda il modello specifico, non il tipo di materia oscura da cui si è partiti».
L’analisi non identifica la materia oscura e non dimostra che i modelli con meno fine-tuning siano corretti. Propone invece un metodo coerente per confrontare ipotesi diverse e indica che la naturalezza è più utile se valutata caso per caso, anziché attribuita a un’intera categoria di candidati.
Lo studio è intitolato «Materia oscura costituita da buchi neri primordiali: confronto quantitativo della sensibilità dei parametri tra meccanismi di formazione e candidati costituiti da particelle». DOI: 10.1103/nk1q-5k51. Google Google News.
