Tutti la cercano e nessuno la trova: brancoliamo nella materia oscura?

Se la definiscono oscura un motivo ci sarà. Che si riferisca al fatto che è difficilissima da trovare? In effetti ce n’è tantissima, tutti ne parlano ma nessuno sa bene cosa sia. In molti la cercano e, ad oggi, nessuno l’ha trovata. Parliamo della materia che si ritiene componga la gran parte dell’universo, che non emette radiazione elettromagnetica e, per questo motivo, viene definita materia oscura.

Occorre precisare che la supposta esistenza della materia oscura è da inquadrarsi all’interno del modello cosmologico standard basato sul Big Bang. Vale a dire che se questo, per qualunque motivo, non venisse più considerato un modello valido non avremmo bisogno di postulare l’esistenza di tanta materia “nascosta”.

Ipotesi di distribuzione della massa-energia dell’universo secondo il modello Lambda-CDM. I calcoli più recenti affermano che la materia oscura costituirebbe circa l’85% della massa dell’universo e circa il 27% della sua energia. Adattato dall’originale By Azcolvin429.

In base ai calcoli matematici, quindi, c’è roba che non vediamo ma della quale possiamo osservare gli effetti nell’interazione con lo spazio e il tempo ovvero: gli effetti gravitazionali. Del resto, si parla di circa l’85% della materia dell’universo, mica “bruscolini”.

A far ipotizzare l’esistenza della materia oscura furono i calcoli di un’astronoma statunitense scomparsa recentemente, Vera Rubin. Parecchi anni prima, negli anni ’30, ci fu chi per primo aveva teorizzato una nuova forma di materia; l’astronomo svizzero Fritz Zwicky sulla base di calcoli sulle masse galattiche. Le ricerche, però, iniziarono seriamente solo dopo gli anni ’70, con i dati della Rubin.

Secondo la teoria gravitazionale classica, le stelle nella zona più esterna di una galassia dovrebbero muoversi molto più lentamente rispetto a quelle interne che percorrono un’orbita più corta. Così funziona nel nostro sistema solare in cui i pianeti più vicini al Sole ruotano più velocemente rispetto ai più distanti. La Rubin, osservando la galassia di Andromeda, notò che non vi erano le differenze attese di velocità fra le stelle interne e quelle esterne. Da qui, e dall’analisi di altre galassie, si elaborò l’ipotesi che le stelle possano risentire di forze gravitazionali generate da qualcosa che non riusciamo a vedere, della massa mancante.

L’inaspettata distribuzione della velocità delle stelle, quindi, è stata la molla che ha fatto scattare l’idea della materia oscura.

Idea che spiegherebbe anche il fenomeno della lente gravitazionale. Sostanzialmente un fenomeno di distorsione della luce caratterizzato dalla deflessione della radiazione emessa da una sorgente luminosa a causa della presenza di una massa posta tra la sorgente e l’osservatore.

Schema del funzionamento di una lente gravitazionale: la luce di una galassia distante, vista dalla Terra, viene deviata intorno ad un oggetto massivo. Crediti: Kavli IPMU

Di cosa sia costituita questa massa ancora non è dato saperlo. La grande quantità di materia oscura potrebbe essere costituita da poche particelle molto pesanti, oppure da tantissime particelle leggere.

Gli scienziati pensano possa trattarsi di particelle esotiche, magari prodotte nei primi istanti di vita dell’Universo e da allora vagabonde.

Fra queste, buoni candidati sono gli assioni, particelle leggere stabili, che si trasformano in fotoni in presenza di campi magnetici intensi. Con una massa pari a un miliardesimo di quella dell’elettrone, potrebbero essere prodotti dalle galassie e dagli ammassi di galassie. Più pesanti sono le particelle massive, chiamate WIMP (weakly interacting massive particles), che interagiscono molto debolmente con la materia ordinaria. Non emettono né riflettono luce e attraversano indenni la materia ordinaria.
Queste ultime sembravano il candidato più promettente ma i recenti risultati dell’esperimento LUX, basati su una strumentazione molto sensibile, non mostrano segni del passaggio di tali particelle. Esattamente com’era accaduto in settembre per un esperimento molto simile realizzato dalla collaborazione PandaX-II a Sichuan, in Cina.

Difficile da trovare è dire poco. La materia oscura, inoltre, non mostra una distribuzione uniforme nell’universo. Si dispone in grumi e si ramifica formando filamenti più grandi delle galassie. La sua capacità di interazione è troppo debole perché riesca a formare oggetti densi, così si condensa in “nuvole”.

Osservando le distorsioni prodotte dalle galassie, gli astronomi sono stati in grado di dedurre la distribuzione della materia oscura, calcolata proprio sfruttando l’effetto della lente gravitazionale, e trovando, di fatto, una struttura a ragnatela. Il progetto, che fa parte della campagna di ricerca KIDS, è stato finanziato dal Consiglio Europeo della Ricerca (Erc).

Simulazione su larga scala della distribuzione della materia oscura nell’Universo.

Particelle sfuggenti quelle che caratterizzano la materia oscura. La Rubin stessa avrebbe preferito un altro tipo di spiegazione e dichiarò: “Mi piacerebbe sapere che le leggi di Newton possano essere modificate in modo da descrivere correttamente le interazioni gravitazionali a grandi distanze. Questo è più attraente di un universo pieno di un nuovo genere di particelle sub-nucleari“. Pioniera nell’astronomia e personaggio di spicco della scienza al femminile, la signora della materia oscura avrebbe preferito una spiegazione più elegante.

Chissà fra quanto e soprattutto da dove arriveranno le risposte sulla natura ancora ignota della maggior parte dell’universo, qualcosa che è dappertutto ma che nessuno sa cosa sia. Dai dati sperimentali, dalla fisica delle particelle, da un’illuminazione improvvisa che porterà ad un’idea fuori dagli schemi? Dal momento che l’oggetto è ovunque, la ricerca prosegue in tutte le direzioni.

– A proposito di nuove carriere, come va con la materia oscura, Sheldon?
– Ah, devo dire che questo è il periodo più eccitante della storia del settore.
– Cosa sta succedendo?
– Ho iniziato ad occuparmene. (The Big Bang Theory)

Serena Piccardi

Condividi:
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

© 2012-2020 virgoletteblog.it creato da Filippo Piccini

Log in with your credentials

Forgot your details?