Materia oscura, cosa sarà mai?
Le prove sperimentali dell'esistenza della materia oscura
e le ricerche per capire di cosa è fatta
di Antonella Ravizza - 17/09/2015
Materia oscura, cosa sarà mai?
La materia oscura è quella materia che non emette luce
visibile, onde radio, raggi X, raggi gamma o altre radiazioni
elettromagnetiche.
Anche se sembra strano, oggi si stima che la materia
oscura costituisca una grandissima parte, quasi il 90%, della massa presente
nell'Universo, cioè si ritiene che sia molto più abbondante della materia
visibile. Nel 2001 Bruce H. Margon, astronomo all'Università di Washington
disse a tal proposito:
«È una situazione alquanto imbarazzante dover ammettere
che non riusciamo a trovare il 90% della materia dell'Universo».
Se non è visibile sorge spontanea una domanda: come ne
conosciamo l’esistenza? Negli anni Trenta, durante gli studi di alcuni ammassi
di galassie, l’astronomo svizzero F. Zwicky osservò che le velocità delle
galassie erano di molto superiori a quelle previste dal conteggio delle sole
masse visibili.
Egli pensò quindi che le galassie di ogni ammasso
dovevano essere tenute insieme da effetti gravitazionali dovuti a materia
invisibile, che chiamò inizialmente materia mancante, oggi conosciuta come
materia oscura, cioè non osservabile per mezzo della luce emessa. Va fatto
notare che le analisi astrofisiche che hanno portato a questi risultati
presuppongono la validità della legge di gravitazione universale anche a grandi
distanze, cioè la dipendenza della forza gravitazionale dalla distanza R
secondo la forma 1/R2.
Le prove sperimentali dell'esistenza della materia oscura
Oggi ci sono prove sperimentali che dimostrano
l’esistenza della materia oscura, prima di tutte è il moto delle stelle in una
galassia. Le galassie a spirale, infatti, hanno un nucleo centrale molto denso
di stelle e tutte le stelle della galassia ruotano attorno al centro con una
propria velocità; a grandi distanze si considera la galassia come fosse formata
da un’unica massa. Naturalmente, ci si aspetta che la velocità tangenziale di
una stella decresca all’aumentare della distanza. Anche i pianeti del sistema
solare si comportano così: i pianeti più vicini al sole sono più veloci di
quelli lontani. Gli scienziati hanno osservato in modo approfondito la velocità
tangenziale delle stelle in alcune galassie e a volte hanno ottenuto risultati
inaspettati: hanno trovato un andamento crescente (e non decrescente) della
velocità in funzione della distanza. La spiegazione più logica dell’elevata
velocità delle stelle più esterne presuppone la presenza di materia non
visibile sparsa nell’alone delle galassie, Via Lattea compresa (la nostra
galassia).
Un’altra prova sperimentale che dimostra l’esistenza
della materia oscura è il moto delle galassie nei grandi ammassi, cioè nei
raggruppamenti di galassie. Considerando, infatti, solo la massa visibile, la
forza gravitazionale generata non sarebbe sufficiente a evitare la fuga delle
galassie dall’ammasso stesso; anche qui sembra indispensabile la presenza di
un’ulteriore massa. In più la presenza di nubi di gas nelle parti più esterne
delle galassie e nello spazio compreso fra galassie ci fa supporre l’esistenza
di materia oscura, altrimenti le nubi di gas tenderebbero a disperdersi nello
spazio. Ci si pone anche la domanda: potrebbero esistere galassie di sola
materia oscura? Sembra, da recenti studi, che la materia gassosa visibile sotto
forma di aloni si estenda molto oltre le galassie visibili. Il gas per essere
osservato deve essere riscaldato. Da studi recenti è dimostrato che nelle
galassie c’è un’enorme quantità di gas caldo (nube di gas) che emette una
piccola quantità di raggi X. La presenza di questo gas fa pensare che esista
una forte attrazione gravitazionale che lo tenga lì, mentre la massa delle
galassie visibili non sarebbe sufficiente. Questo per arrivare alla conclusione
che deve esserci materia oscura diffusa tra le galassie di un ammasso.
Nel 2008, grazie allo studio di ricercatori francesi e
canadesi coordinati dall'Istituto di Astrofisica di Parigi, si ebbe la
definitiva evidenza della presenza di materia oscura. Utilizzando il telescopio
Canada-France-Hawaii Telescope (Cfht), posto sul monte Mauna Kea nelle Hawaii,
gli studiosi osservarono migliaia di immagini per verificare la deviazione che
la luce subiva nel suo viaggio cosmico, constatando che essa veniva deviata
anche in punti dove non erano visibili masse. Fu grazie a queste osservazioni
dei suoi effetti gravitazionali che, pur non visibile, si scoprì la materia
oscura.
Cosa possiamo dire oggi sulla materia oscura? Di che cosa
è fatta?
La materia oscura può essere classificata in barionica e
non barionica. La materia oscura barionica è composta da materia simile a
quella che costituisce le stelle, i pianeti, la polvere interstellare, con la
sola differenza che non emette radiazioni.
La materia oscura non barionica è difficilmente
rivelabile. Si ipotizza possa trattarsi di particelle supersimmetriche quali
neutralini (neutrini massicci), o altre particelle mai osservate e soggette
solo alla forza gravitazionale e all'interazione nucleare debole. Si pensa che
almeno il 90% della materia oscura sia non barionica. La materia oscura viene
classificata anche in materia oscura fredda, rappresentata essenzialmente dalle
ipotetiche particelle "lente", e materia oscura calda, rappresentata
dai neutrini, che sono particelle superveloci. D'altra parte i fisici
astroparticellari cercano tali particelle nella radiazione cosmica, utilizzando
sofisticati rivelatori dove tali particelle dovrebbero interagire.
Data la rarità di queste possibili interazioni occorre
ridurre al minimo ogni tipo di fondo, quale quello legato ai raggi cosmici
carichi, e alla radioattività ambientale. I rivelatori devono quindi essere
localizzati in laboratori sotterranei. Gli scienziati pensano inoltre che
accanto alla materia oscura esista una particolare forma di energia (nota come
energia oscura), la quale, secondo il principio di equivalenza di Einstein (E =
mc2), sia in grado di dar conto della maggior parte della massa dell’universo.
Riassumendo, come si può osservare la materia oscura?
Grazie a un effetto noto come lente gravitazionale: la deflessione della
radiazione emessa da una sorgente luminosa a causa della presenza di una massa
posta tra la sorgente e l'osservatore.
Non tutti i fisici sono d’accordo sull’esistenza di
materia oscura; secondo il fisico israeliano Mordehai Milgrom, per esempio, la
materia oscura non esiste affatto: è la gravità che bisognerebbe riscrivere. Ai
margini delle galassie, afferma, questa forza sarebbe più intensa di quanto
ipotizzato dalle attuali teorie.
Richard Panek
Il 4% dell'Universo - Libro >> http://goo.gl/F9IILt
La Storia della scoperta della materia oscura e
dell'energia oscura
Editore: Codice Edizioni
Data pubblicazione: Giugno 2012
Formato: Libro - Pag 261 - 14x21,5
