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Questo è uno dei temi più importanti su cui gli scienziati si stanno concentrando, sembra proprio che nel nostro universo la materia visibile (pianeti, stelle, gas, galassie e ammassi) siano solo una piccola percentuale della materia presente (circa il 4-5%) mentre gran parte della materia è potenzialmente materia oscura (la percentuale secondo la NASA è del 27%). Il resto è occupato dall’Energia Oscura, ancora più misteriosa.
Come sappiamo che esiste una Materia Oscura?
I dubbi sorgono in realtà da molto tempo quando l’astronomo Fritz Zwicky rileva un ammasso con una notevole discrepanza tra massa dalla luce visibile e massa dell’ammasso in se: ha notato infatti che considerando solo la luce visibile dell’ammasso, esso sarebbe più piccolo di 400 volte.
Inoltre gli scienziati non sono stati in grado di spiegare i moti delle galassie partendo dalla teoria della relatività generale: i bracci esterni dovrebbero ruotare più lentamente, mentre la zona prossima al centro dovrebbe ruotare più velocemente. Il moto invece è più o meno uguale in tutti i punti.
Questa situazione ha portato a un bivio: o la teoria della relatività non è abbastanza accurata in tutte le scale oppure c’è una grande quantità di materia che non vediamo (per questo viene chiamata dark matter, materia oscura).
Diverse sono state le ipotesi per dei candidati alla materia oscura, in particolare questi sono stati divisi in WIMP (Weakly Interacting Massive Particle) e MACHO (Massive Compact Halo Object).
Le WIMP, secondo i sostenitori, sarebbero delle particelle non ancora osservate che costituiscono la materia oscura. Esse devono avere delle particolarità: Non interagiscono con la forza forte, non hanno carica elettrica e sono massive.
I MACHO sono oggetti massicci che già conosciamo ma che sono difficili da rilevare per via della scarsa luminosità, come nane bianche o buchi neri stellari e potrebbero spiegare il grande deficit di massa rilevato nelle galassie.
L’ipotesi che i MACHO possano costituire gran parte della materia oscura è ormai stata scartata perchè ne sono stati rilevati in piccole quantità al di fuori della galassia. Sembra invece che ogni galassia abbia proprio una grande quantità di WIMP (nome che indica una particella sconosciuta) che la supporta, costituendo un “alone” intorno alla galassia stessa.
Rimane quindi da capire il candidato per le WIMP. Ovviamente diverse sono le teorie, alcune potenziali WIMP potrebbero essere previste dalla teoria della supersimmetria (Link).
Perchè è importante la presenza di una Materia Oscura?
Oltre che spiegare i moti delle galassie e ammassi, essa è importante per un altro argomento da introdurre: Le lenti gravitazionali
Una lente gravitazionale è un fenomeno in cui un oggetto molto massiccio, posto tra un osservatore e un oggetto luminoso osservato, “amplifica” e “distorge” l’oggetto luminoso che osserviamo. In pratica se stiamo osservando una galassia distante milioni di anni luce, essa appare come un punticino luminoso, ma se tra noi e la galassia vi è un oggetto molto massiccio (per es. un ammasso di galassie), la gravità di questo oggetto esercita un effetto lente sulla galassia che osserviamo, potendone riconoscere la massa, le stelle ecc.
Questo fenomeno è molto importante perchè ci permette di osservare oggetti a distanza di miliardi di anni luce grazie alla materia oscura presente nella lente: la grande quantità di materia permette che tale effetto avvenga.
Energia Oscura
L’Energia Oscura è un altro grande mistero per la cosmologia, non si sa che cosa sia ma la presenza è ipotizzata dall’espansione accelerata dell’universo. Proprio così: l’universo si sta espandendo più velocemente di quanto ci si aspettava. Osservando oggetti a distanza enormi che emettano una luce assoluta “conosciuta” (come alcune supernove), possiamo notare che si stanno allontanando a velocità ben superiori a ciò che è previsto nella teoria del Big Bang.
Questo implica che ci sia una sorta di energia ad una pressione negativa che “spinge” l’espansione dell’universo accelerandone gli effetti. Cosa sia non si sa, ma per convenzione gli scienziati la definiscono energia oscura, ossia energia che non emette una radiazione elettromagnetica. La presenza di tale energia nell’universo sembra incredibilmente alta (circa il 70%).
Se ti interessa conoscere di più l’argomento, ti consiglio di leggere il libro “Il Telescopio di Einstein” di Evalyn Gates del 2009, un po’ datato ma spiega a livello divulgativo il concetto di lenti gravitazionali e materia ed energia oscura.
Per un libro più recente ti consiglio anche “L’altra faccia dell’universo. I segreti della Materia ed Energia oscura” di Luca Amendola.