Nuova luce (e nuove domande) sulla Materia Oscura

Quando si dice: «prendere due piccioni con una fava»…
Avranno pensato a questo gli studiosi dell’osservatorio LIGO, quello delle onde gravitazionali per intenderci, quando dall’analisi dei dati relativi alle singolarità in gioco, si è avanzata un’ipotesi tanto affascinante quanto azzardata: singolarità di “materia oscura” (le virgolette hanno uno scopo che verrà esplicitato più avanti)!

Come nasce questa idea? Come si inserisce nel panorama delle nostre conoscenze sul cosmo? E quali cambiamenti comporta?
Vediamolo insieme, ripercorrendo un po’ di storia recente e richiamando alla mente alcuni concetti e certe nozioni che sicuramente conosciamo, anche solo per sentito dire, e che torneranno utili durante la considerazione.

In Principio…

Qualche tempo addietro (non molto) abbiamo parlato dell’esperimento di interferometria laser, legato alle onde gravitazionali del modello einsteiniano del cosmo, svoltosi contemporaneamente presso gli osservatori/laboratori LIGO e Virgo in un nostro articolo in cui si esaminavano le ragioni e i meriti di tale esperimento e si faceva eco alle già diffuse notizie di successo.
Come ampiamente trattato nel summenzionato articolo, le onde gravitazionali intercettate dagli osservatori citati poc’anzi sono un interessante fenomeno fisico mediante il quale possiamo comprendere e indagare ancor meglio l’universo che ci circonda, sin nelle sue più recondite manifestazioni (almeno potenzialmente è possibile, come menzionato nell’articolo di riferimento).

I buchi neri supermassivi che si sono fusi insieme, le cui onde sono state registrate da LIGO, potrebbero risalire ai primordi dell'universo. Materia Oscura
I buchi neri supermassivi che si sono fusi insieme, le cui onde sono state registrate da LIGO, potrebbero risalire ai primordi dell’universo.

La teoria richiedeva, per rendere possibile la rilevazione di queste strane onde, un evento cataclismico e “osservabile” che generasse onde gravitazionali tali da non dissiparsi completamente giungendo in prossimità dei nostri strumenti; E guarda caso c’era in osservazione qualcosa che poteva tornare utile: una fusione tra due buchi neri supermassicci, il main event che si aspettava! Solo che da alcune analisi successive alle misurazioni prese, è saltato fuori un fatto che poteva mettere in relazione quei dati non solo con l’obiettivo principale della ricerca, ossia la dimostrazione dell’esistenza delle onde G previste dalla relatività generale, ma anche con una teoria esposta in uno studio contemporaneo alla preparazione di questo evento, e relativo ai dati osservativi riportati dalle sonde Chandra e Spitzer, e che propone un’idea innovativa, qualora i dati siano effettivamente correlati in accordo a quanto prevede questa nuova teoria/studio.

Materia Oscura
Rappresentazione dell’alone di materia oscura intorno ad una galassia

Quando le stelle non c’erano

Per capire di cosa si tratta e quali possono essere le implicazioni di questa nuova teoria dobbiamo fare un bel salto indietro nel tempo e nello spazio, per giungere ai primi momenti di “vita” dell’universo.
Ad esser più precisi dobbiamo viaggiare verso i suoi primi 500 milioni di anni. A quell’epoca, la materia ordinaria era troppo calda per potersi addensare in stelle. La materia oscura (esatto, centra la materia oscura!), invece, non avrebbe dovuto essere stata influenzata dalla temperatura, perché, qualunque sia la sua natura, interagisce principalmente attraverso la gravità. In questo scenario, l’aggregazione per attrazione reciproca avrebbe fatto inizialmente collassare la sola materia oscura in addensamenti chiamati “mini aloni”, che avrebbero fornito il seme gravitazionale in grado di innescare l’accumulo di materia ordinaria. Il gas caldo sarebbe caduto verso i mini aloni, creando sacche di gas abbastanza denso da collassare formando le prime stelle. Fin qui tutto normale, ma cosa c’entano i mini aloni di materia oscura con i buchi neri seguiti dal LIGO?

Materia Oscura
Il grafico mostra la differenza tra la velocità di rotazione delle galassie:
– Calcolata (A);
– Osservata (B);
Tale differenza si crede dovuta alla presenza della Materia Oscura.

Ecco che escono fuori, in un sol colpo, l’utilità delle virgolette utilizzate nell’introduzione e l’innovazione addotta dallo studio, cui si fa riferimento qui, in merito ai dati mostrati da LIGO stesso: gran parte della materia oscura avrebbe dato vita, in tempi ancestrali, ad agglomerati di materia che, per via di complicati meccanismi che ebbero luogo nell’universo primordiale, diedero vita a giganteschi buchi neri e non a galassie o protogalassie o quant’altro di simile. Così quella che è nota come Materia Oscura, potrebbe essere composta in realtà da una miriade di buchi neri primordiali. Va di fatti considerato che la dark matter mostra gli stessi effetti gravitazionali che potrebbero essere causati da buchi neri di circa 30 masse solari, formatisi agli albori dell’universo stesso.
In base a queste teorie dunque, queste particelle di materia esotica, del tutto inerte dal punto di vista elettromagnetico ma attiva gravitazionalmente, potrebbero essere concentrate in questi enormi Buchi Neri Primordiali sparsi per il cosmo, ed il solo modo che abbiamo, attualmente, di vederli è attraverso le onde generate dalla loro interazione gravitazionale, che ci permette di avere dati particolari in merito alla loro natura e stazza.

Materia Oscura
L’immagine mostra un curioso sorriso causato dall’effetto “lente gravitazionale” generato da materia oscura.

La fine della Materia Oscura?

Da sempre l’universo ci stupisce con i suoi affascinanti fenomeni, soprattutto perché nonostante compiamo grandi sforzi per comprenderlo pienamente, ha ancora molti lati misteriosi che al momento sfuggono alla nostra comprensione, e l’esistenza della materia oscura è certamente fra questi.
Dato che i ricercatori sono sempre al lavoro in questo campo, non possiamo dire con certezza se questo modello dei PBHs (dall’inglese Primordial Black Holes) sia in grado o meno di soppiantare quello delle WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles cioè particelle massive debolmente interagenti) che compongono la materia oscura. Tuttavia sia nell’uno che nell’altro senso, i lavori sono ancora in corso, e con l’affinarsi delle tecniche e degli strumenti riusciremo, in un giorno non molto lontano, a comprendere un po’ più chiaramente questo intricato mistero legato all’origine del cosmo, e di certo ne apprezzeremo ulteriormente il fascino.

FONTI

  • MediaINAF, Notiziario on-line dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, per le notizie relative ad osservazioni e studi; Questi i link delle notizie su LIGO e Dark Matter
  • Wikipedia, l’enciclopedia libera, per i dati tecnici riportati su questo argomento

Giovanni

Sono alto nella media; sono robusto nella media; sono bello nella media; sono intelligente spropositatamente. Detto questo devo rendere noto solo che adoro la fantascienza in tutte le sue forme; gioco frequentemente on line al vecchio (immortale) Jedi Knight: Jedi Academy e mi diletto leggendo manga che considero 'di un certo livello'. Ho studiato fisica, perché mi hanno sempre incuriosito i meccanismi che regolano la realtà intorno a noi, ma l'oggetto vero della mia passione sta milioni di chilometri sopra di noi, e si mostra appena solo di notte, il cosmo, coi suoi oggetti affascinanti e fenomeni terribilmente meravigliosi. Il resto è vita comune, poco accattivante.
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