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Storia dell'Universo e mappatura della materia oscura (Missione Planck, ESA). (https://darkmatterdarkenergy.files.wordpress.com/2015/03/the_history_of_the_universe.jpg) |
Materia oscura sempre più oscura
Cari ragazzi qui si parla di "cose oscure", preparatevi. Niente che non possa essere compreso dal nostro astrofisico di classe,
Riccardo Giulietti, che, risvegliatosi dal suo torpore, risponde correttamente a tutte le domande sul capitolo dell'Universo!
Sicuramente ciò che più vi sorprende studiando l'Universo è che ne conosciamo solo il 5 %. Ebbene sì,
non sappiamo ancora di cosa è fatto il 95 % del nostro Universo! Ne avevo già parlato in classe perché questo
argomento stimola sempre la fantasia di voi piccoli e anche quella di noi grandi, non specialisti del settore (leggi anche
Quando la materia oscura ci spiega altri misteri...). Qui vi riassumo le ultime ipotesi sulla natura della materia oscura.
Si chiama materia oscura perché non emette né assorbe luce. Quindi, non la "vediamo". Sappiamo che esiste perché
nella nostra galassia, come in tutto l'Universo, c'è molta più materia di quella che possiamo osservare. È grazie alla
materia oscura che, infatti, riusciamo a spiegare 1) il moto eccessivamente veloce delle galassie, 2) la distribuzione della materia durante
la collisione di ammassi stellari, 3) il fenomeno della lente gravitazionale sulla luce proveniente da galassie lontane (cioè
la curvatura della luce da parte della gravità esercitata dalla materia oscura, leggi anche
Materia oscura e antimateria: fisica da grandi). La presenza di materia oscura è stata, quindi, dimostrata
grazie ai suoi effetti gravitazionali, perché
ogni corpo dotato di massa produce un campo gravitazionale che agisce sulle masse vicine. Osservando un effetto gravitazionale,
sappiamo che ci deve essere una massa che lo produce, anche se non la vediamo! All'inizio molti dubitavano di questa ipotesi, ma
alla fine degli anni '70, la scoperta della radiazione cosmica di fondo, l'eco del Big Bang, da parte di Penzias e Wilson, e la
sua analisi, culminata nel 2013
con la mappatura della materia oscura da parte della missione Planck dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA), hanno
definitivamente dimostrato che esiste ciò che non vediamo
(La mappa della materia oscura nell'Universo).
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Storia dell'Universo e mappatura della materia oscura (Missione Planck, ESA). (https://darkmatterdarkenergy.files.wordpress.com/2015/03/the_history_of_the_universe.jpg) |
Il nostro Universo è, quindi, composto dal 5 % di materia ordinaria, fatta di elettroni, neutroni, protoni, fotoni e tutte le altre
particelle che scoprirete da grandi, dal 22 % di materia oscura e dal 73 % di energia oscura. La domanda a cui cercano di rispondere ora
i fisici
è: di cosa è fatta la materia oscura?
Studiando gli effetti della materia oscura, gli scienziati hanno raccolto informazioni sulla natura di questa materia sfuggente: 1) si muove molto
più lentamente della luce, altrimenti la distribuzione delle galassie sarebbe diversa, 2) deve essere elettricamente neutra,
perchè non assorbe e non emette radiazioni elettromagnetiche, 3) le particelle che la compongono sono dotate probabilmente di massa,
se così non fosse dovrebbero muoversi alla velocità della luce,
4) è stabile su scale temporali cosmiche, deve essersi formata con il
Big Bang, infatti non sembra probabile che esista un meccanismo tale da produrre continuamente questa materia.
Sulla base di queste deduzioni, è stata proposta
l'esistenza di particelle dette WIMP (da "Weakly Interacting Massive Particle"), che dovrebbero costituire la materia oscura. Ma se plausibili
da un punto di vista teorico, le WIMPs non sono state ancora osservate, nonostante gli sforzi fatti da una ventina d'anni ad oggi. Il problema sta
nel fatto che si sta cercando un'ipotetica interazione con la materia ordinaria, che, ammesso che esista, è un evento rarissimo. Così
sono stati costruiti rivelatori sotterranei, tenuti a temperature bassissime, per evitare il rumore di fondo proveniente dai raggi cosmici, oppure sono state
prodotte sonde come AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer),
che, dalla Stazione Spaziale Internazionale, ha già raccolto segnali da 40 miliardi di particelle cosmiche. Eppure, ancora niente.
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Le particelle che compongono la materia oscura potrebbero essere più complesse di quello che si è ipotizzato finora. (http://www.symmetrymagazine.org/article/what-could-dark-matter-be) |
Così i fisici teorici hanno cominciato a formulare nuove ipotesi. Forse non esistono solo le WIMPs, forse la natura della materia oscura è più complessa di come è stato immaginato finora. Alcuni scienziati ipotizzano che, oltre alle WIMPs, esista un elettromagnetismo oscuro e che anche le particelle di materia oscura abbiano cariche positive e negative e possano emettere o assorbire fotoni oscuri. Allora ecco gli studiosi immaginare atomi oscuri con una loro chimica oscura. Secondo i calcoli fatti, per esempio, la Via Lattea sarebbe composta per il 70 % da una nube sferica di particelle di materia oscura tipo WIMPs, attorno a due dischi appiattiti ognuno contenente il 15 % della materia. Uno dei due dischi sarebbe formato da materia ordinaria, le stelle i pianeti della nostra galassia, l'altro da materia oscura fortemente interagente, probabilmente di diversa natura rispetto alle WIMPs. Questo disco di materia oscura non conterrebbe stelle e pianeti, perché altrimenti ne avremmo osservato l'effetto di lente gravitazionale sulla materia ordinaria. Mettendo insieme i dati sulle caratteristiche che deve avere la materia oscura secondo le nuove ipotesi, gli scienziati sono arrivati a immaginare esperimenti per osservare questa controparte oscura della materia più complessa. Sembra, infatti, che la materia oscura, anche se con eventi rarissimi, possa interagire anche con la materia ordinaria. Esperimenti al CERN di Ginevra (con l'acceleratore LHC), a Standford in California (con l'acceleratore SLAC), a Chicago (al Fermilab), sulla stazione spaziale internazionale (con AMS-02), sono in corso per riuscire a "vedere" finalmente questa misteriosa materia oscura. Aspettiamo impazienti notizie dagli acceleratori...
ReferenzeManuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)