La materia oscura è la materia invisibile che si compone circa l’85% della massa dell’universo. Come il suo nome, la materia oscura è “oscura” e non assorbe, emette o riflette la luce. E, cosa fondamentale, la materia oscura deve ancora essere rilevata direttamente o “vista”.
Ma gli astronomi hanno costantemente osservato l’influenza gravitazionale di qualcosa su innumerevoli entità cosmiche: una discrepanza che la materia oscura risolve pure convenientemente. Ciò significa che, per molte osservazioni astronomiche, tenere conto della materia oscura è stata la chiave per comprendere meglio i buchi neri, le supernove, le galassie lontane o persino l’universo nel suo insieme. Anche se in realtà non ne abbiamo trovato nessuno. Né comprenderne la vera forma.
Per gli astronomi, tuttavia, la posta in gioco può diventare piuttosto alta. Come vedrai, la profonda presenza della materia oscura nell’universo significa che questo elenco affronta una piccola, ma cruciale, porzione di enigmi cosmici per i quali questo ipotetico concetto funge da soluzione migliore.
1. L’intero universo
Sì, sono serio. L’intera premessa della materia oscura parte dalla mancanza dell’85% della massa nell’intero universo. La materia ordinaria, quindi tutto ciò che possiamo vedere, come i pianeti, le stelle e le persone, costituisce solo il 15% circa, quindi nemmeno la metà.
Ciò fornisce molte informazioni su come e perché gli scienziati presumono che la materia oscura spieghi gli altri elementi di questo elenco. Se la materia oscura costituisse l’85% della massa dell’universo, eserciterebbe all’incirca la stessa influenza gravitazionale sulla materia visibile, il che significa che sarebbe difficile trovare qualcosa non essere spintonato da questa forza invisibile.
2. Galassie a spirale
COME NASA cube: “Sebbene non tutti gli astronomi siano d’accordo su cosa potrebbe essere la materia oscura, la sua esistenza è ampiamente accettata”. La materia oscura divenne oggetto di consenso mainstream negli anni ’70, quando l’astronoma americana Vera Rubin dimostrò come, senza la materia oscura, galassie a spirale come la nostra Through Lattea, si comportano in modi che non corrispondono alle leggi fisiche esistenti.
Secondo la vecchia saggezza astronomica, più veloce è l’orbita di una stella, maggiore è la massa (gravità) che dovrebbe esserci in qualsiasi sezione di una galassia. Basandosi sul contenuto visibile di circa 60 galassie studiate, Rubin si aspettava di vedere stelle in rapida rotazione solo al centro, dove period concentrata la luce stellare.
Ma in realtà, le stelle ai margini si muovevano altrettanto velocemente. Ciò non aveva senso, dal momento che la combinazione della materia visibile imponeva che, se queste velocità fossero vere, la galassia avrebbe dovuto fare a pezzi– a meno che una massa invisibile, come la materia oscura, tenesse insieme le galassie.
3. Il Centro Galattico
Gli astronomi ritengono che la materia oscura possa essere responsabile non solo della forma della Through Lattea. Alcuni studi lo hanno fatto suggerito sopravvalutiamo la quantità di materia oscura presente nella Through Lattea. Tuttavia, gli astronomi ritengono che la generale abbondanza di questo materiale potrebbe aiutare a indagare sui tratti indefiniti della nostra galassia.
L’anno scorso, advert esempio, un group della Johns Hopkins College ha proposto che un misterioso eccesso di raggi gamma nel Centro Galattico fosse prodotto da collisioni di particelle di materia oscura. Proprio questo mese, uno studio dell’Istituto argentino di Astrofisica La Plata ha sostenuto che, statisticamente parlando, è sorprendentemente sensato supporre che un massiccio “nucleo di materia oscura” nel Centro Galattico controlli la popolazione stellare locale.
4. Lente gravitazionale
Secondo la relatività generale, la gravità è la distorsione dello spaziotempo. Entità cosmiche pesanti come stelle o galassie generano una forza gravitazionale sufficiente per piegare lo spaziotempo. Quando la luce viaggia lungo questi percorsi deformati, appare piegata agli osservatori terrestri.
Poiché anche la materia oscura ha massa – e una quantità notevole – spesso si manifesta nelle osservazioni di lente gravitazionale. Questo fenomeno, che gli astronomi utilizzano come comoda tecnica di visualizzazione, sfrutta le proprietà di curvatura della luce della gravità per osservare oggetti celesti che normalmente sarebbero difficili, se non impossibili, da vedere. Ma quando la materia oscura entra in scena, crea apparizioni che fanno sembrare lo spaziotempo un problema agli astronomi, come questa strana croce di Einstein a cinque punti.
5. Il grappolo di proiettili
Nel 2006, l’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA ha pubblicato un sorprendente composito dell’ammasso di galassie 1E 0657-56, soprannominato Bullet Cluster, formato da uno degli eventi più energetici che l’umanità abbia osservato dai tempi del Huge Bang.
Il fuel caldo prodotto durante la collisione interagisce elettromagneticamente, quindi dovremmo essere in grado di tracciare come e dove si muove. Ma la lente gravitazionale ha rivelato che la maggior parte della massa dell’ammasso (mostrata in blu) si trova attorno alle galassie, non al centro, dove si trovava il fuel (mostrato in rosa).
In seguito al lavoro fondamentale di Rubin nell’astrofisica della materia oscura, l’immagine del Bullet Cluster è diventata una delle manifestazioni più forti dell’influenza della materia oscura sull’universo.
6. Supersimmetria
I fisici delle particelle hanno la sensazione che la materia oscura e la supersimmetria possano essere strettamente connesse. Questa concept prevede che le particelle portatrici di forza (come i fotoni) e le particelle di materia (come i protoni) dovrebbero presentarsi in coppia, il che potrebbe aiutare a chiarire le poche ma cruciali discrepanze nel quasi perfetto Modello Normal della fisica delle particelle.
Secondo CERNmolte teorie supersimmetriche ipotizzano che queste particelle companion sarebbero stabili, elettricamente neutre e interagirebbero debolmente con la materia visibile: i criteri esatti nella ricerca della materia oscura. Lo ha scoperto l’LHC del CERN nessuna prova diretta per la supersimmetria, ma i fisici lo sono sperando ancora le connessioni tra supersimmetria e materia oscura ci sono.
7. Stranezze nello sfondo cosmico delle microonde
IL sfondo cosmico a microonde è una reliquia della nascita esplosiva del nostro universo: il Huge Bang. È un bagliore di radiazione quasi uniforme che funge da document per gli astronomi per tracciare e studiare come la materia si è evoluta nel tempo nell’universo.
Ma i rilevatori particolarmente sensibili lo hanno preso strane variazioni di temperatura, che gli scienziati ritengono rappresentino impronte di materia oscura. Anche se la materia oscura non interagirebbe direttamente con la radiazione, l’effetto della sua forza gravitazionale avrebbe lasciato imperfezioni, o anisotropie, nel fondo cosmico a microonde.
E la distribuzione di tali anisotropie è il modo in cui gli scienziati sono riusciti a descrivere le proprietà fisiche chiave della forma dell’universo, quindi per quanto riguarda i difetti, una cosa abbastanza utile.
