Materia oscura: arrivano nuove prove “visibili”

Un mese fa circa, uno studio pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society riportava l’attenzione sulla materia oscura, per via degli esiti delle numerose osservazioni compiute da un team di ricerca dell’Università di Waterloo in Canada, autore della pubblicazione in questione.

Data l’importanza dell’argomento, di cui si fa breve trattazione persino su un nostro quotidiano nazionale, noi de “Il Bosone” abbiamo deciso di approfondire l’argomento, ponendoci le seguenti domande in modo tale da poterlo comprendere e riportarlo il più correttamente possibile:

– Che cos’è la materia oscura?

– Che importanza riveste nel panorama cosmico?

– Cosa ci dice di realmente nuovo lo studio canadese?

L’articolo, rispondendo a queste domande, cercherà di rimanere il più semplice possibile per poter fornire un’informazione chiara e semplice in merito a questo importante argomento.
Inoltriamoci dunque nella trattazione.

Materia oscura, questa sconosciuta

Partiamo rispondendo alla prima domanda; stando alla definizione di wikipedia la materia oscura è un’ipotetica componente di materia che non è direttamente osservabile, poiché non emette radiazione elettromagnetica, ma si manifesta unicamente attraverso gli effetti gravitazionali. Dunque non la si può vedere, né con strumenti ottici, né con dispositivi di rilevamento basati sull’emissione di onde elettromagnetiche, tipo raggi x o infrarossi, per intenderci, perché non emette radiazione di alcun tipo, né reagisce a sollecitazioni elettromagnetiche di qualsivoglia genere; ma qualora occupi una regione, apparentemente vuota, di spazio in una certa quantità, essa produce gli stessi effetti gravitazionali di un corpo massivo.

Il primo a concepirne l’esistenza fu l’astronomo Fritz Zwicky che nel 1933, mentre stava studiando il moto di ammassi di galassie lontani e di grande massa, nella fattispecie l’ammasso della Chioma e quello della Vergine, incorse in una specie di discrepanza: Zwicky stimò la massa di ogni galassia dell’ammasso basandosi sulla sua luminosità e sommò tutte le masse galattiche per ottenere la massa totale dell’ammasso. Ottenne poi una seconda stima indipendente della massa totale, basata sulla misura della dispersione delle velocità individuali delle galassie nell’ammasso; questa seconda stima di massa dinamica era 400 volte più grande della stima basata sulla luce delle galassie. Egli fu dunque il primo ad accorgersi che c’era materia non osservabile nell’ammasso, e fu lui a chiamarla “materia oscura” perché c’era, i dati lo mostravano, ma non si vedeva.

Materia oscura: è davvero importante?

Pur sembrando qualcosa di fantascientifico, la formulazione dell’esistenza di questo tipo di “materia esotica” ha i suoi perché; Infatti il concetto di materia oscura ha senso all’interno dell’attuale modello standard della cosmologia basato sul Big Bang, per due ragioni fondamentali:

  • Non si potrebbe altrimenti spiegare la formazione di galassie e ammassi di galassie nel tempo calcolato dall’evento iniziale del Big Bang stesso, dato il forte squilibrio tra gravità ed “energia di radiazione”, a favore di quest’ultima, ancora presente e persistente nel tempo di riferimento;
  • In uno scenario cosmologico come l’attuale, che prevede come unica forza cosmologica la gravità, non si spiegherebbe come le galassie si possano mantenere integre, dato che la materia visibile, composta da barioni, non è in grado di sviluppare una sufficiente attrazione gravitazionale.

La materia oscura, dunque, riveste una certa importanza, relativa alla teoria cosmologica attuale, poiché non potremmo spiegare in maniera coerente l’esistenza di ciò che ci circonda né la sua formazione.

Seppure considerata ancora un elemento teorico, la materia oscura ha fornito diverse prove della sua esistenza attraverso alcune evidenze osservative:

  1. materia oscura: rotazione galattica
    Ecco come la materia oscura si palesa; nel grafico è mostrata la velocità angolare di una galassia in rotazione; in blu è come dovrebbe essere rilevata in accordo con la teoria, in rosso i riscontri sperimentali.

    La rotazione delle galassie
    In armonia con la terza legge di Keplero le stelle con orbite galattiche più grandi dovrebbero avere velocità orbitali minori; ma la terza legge di Keplero è applicabile soltanto a stelle vicine alla periferia di una galassia spirale, poiché presuppone che la massa racchiusa dall’orbita sia costante; Tuttavia gli astronomi hanno condotto osservazioni delle velocità orbitali delle stelle nelle regioni periferiche di un gran numero di galassie spirali, e in nessun caso esse seguono la terza legge di Keplero. Invece di diminuire a grandi raggi, le velocità orbitali rimangono con ottima approssimazione costanti. La sola motivazione logica consiste nella presenza di maggiore massa nelle orbite più lontane.

  2. La lente gravitazionale
    Questo effetto ottico previsto dalla relatività generale, permette l’osservazione di oggetti posti dietro masse gravitazionali relativistiche in quanto queste distorcono lo spazio-tempo e la luce emessa da oggetti più lontani viene deviata e “gira attorno” a queste masse, mostrando in maniera distorta il campo dietro di esse. La materia oscura manifesta un comportamento simile in quelle regioni di spazio ove sembrano non esserci masse relativistiche osservabili.
  3. La deviazione della luce
    Diretta conseguenza del fenomeno precedente, la materia oscura è in grado di deviare leggermente, a motivo della sua presenza gravitazionale, la direzione dei raggi luminosi che si originano dietro di essa; nel 2008, grazie allo studio di diversi ricercatori, tra cui francesi e canadesi (quelli cioè che hanno prodotto lo studio menzionato all’inizio) coordinati dall’Istituto di Astrofisica di Parigi, si ebbe un ulteriore importante indizio 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.

La materia oscura e l’universo visibile

Ora sappiamo un po’ di più sulla materia oscura e sul motivo della formulazione della sua esistenza, ma cosa ci dice di nuovo lo studio pubblicato dai ricercatori? La risposta sta nella dichiarazione di uno degli studiosi partecipi, riportata in articolo di repubblica.it e che noi riportiamo: “Per decenni, i ricercatori hanno effettuato previsioni dell’esistenza fra le galassie di filamenti di materia oscura che agiscono come una ‘superstruttura’, simile a una rete che collega le galassie insieme”ha dichiarato il professor Hudson. Nella pubblicazione di fatti si parla di un ponte di materia oscura, che risulta il più solido in assoluto fra sistemi posti fra loro a distanza minore di 40 milioni di anni luce.

materia oscura: ponte intergalattico
L’immagine, ottenuta attraverso una particolare tecnica osservativa legata alla deviazione della luce dovuta a deboli lenti gravitazionali, mostra il ponte di materia oscura (in rosso) esistente tra due galassie (in bianco) distanti 40 milioni di anni-luce circa.

Dunque la materia oscura servirebbe come collante e sostegno dell’universo, permettendo alla materia ordinaria di poter coesistere nell’ordinamento attuale e, in senso lato, permettendo anche a noi di poter osservare tutto questo. Anche su questo argomento la ricerca prosegue, perseguendo l’intento di ampliare le conoscenze che ne possediamo; a comprova di questo fatto potete dare un’occhiata ad un nostro precedente articolo in merito, che mostra un’altra via di investigazione relativa alla materia oscura.

Se dunque siete curiosi e volete tenervi informati, non mancate di visitare il nostro sito.

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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