Uno dei campi più misteriosi dell’attuale astrofisica è sicuramente la materia oscura. Se la legge di gravità rimane valida a tutte le scale di distanza, essa non solo deve esistere, ma deve anche costituire la gran parte della materia esistente nell’Universo, insieme alla sua “sorella” energia oscura.

L’argomento non è assolutamente facile né esiste una teoria del tutto condivisa, tuttavia vale la pena descrivere in modo semplice ed elementare ciò che crediamo di sapere.

Se qualcuno vi chiedesse la differenza tra la materia visibile e quella oscura, la risposta migliore forse sarebbe quella riportata nella figura 1.

A sinistra la materia visibile, a destra quella “oscura”

Figura 1: a sinistra la materia visibile, a destra quella “oscura”. Punto e a capo!!

Probabilmente sarebbe la più esatta e la meno controversa. Ma sarebbe anche troppo facile e non spiegherebbe niente … Cominciamo allora da quello che sappiamo, dalle evidenze che ci stimolano a credere che esista veramente. In parole semplici, possiamo dire che la massa che osserviamo nell’Universo NON riesce a spiegare gli ammassi di galassie. La loro reciproca gravità non potrebbe infatti legare insieme un numero così grande di strutture gigantesche né tantomeno imprimere le velocità con cui si muovono. Inoltre la rotazione stessa delle singole galassie, la distribuzione della temperatura e certi fenomeni di “lente gravitazionale”, senza una controparte visibile, rimarrebbero senza spiegazione.

L’ammasso galattico Bullet

Figura 2: l’ammasso galattico Bullet: la parte rossa è materia “normale” evidenziata per l’emissione di raggi X. La parte celeste è materia che, pur non vedendosi, da luogo ad un gigantesco “effetto lente” e quindi DEVE esistere.

La soluzione più immediata è quindi che esista una quantità enorme di massa totalmente invisibile a noi. In realtà il vuoto dell’Universo già ci dice che non è tale quando lo guardiamo con gli occhiali speciali dei raggi X. Il calore emesso permette di calcolare la percentuale di materia ed energia non osservabile in altro modo. Ma dobbiamo andare ben oltre.

Prima di iniziare, dobbiamo però ricordare che qualcuno propone una soluzione molto più semplice, anche se sicuramente più drastica e sconvolgente: non vi è bisogno di materia oscura, basta ammettere che la legge di gravità sia solo un’approssimazione, per distanze relativamente modeste, di una legge più generale. Ad esempio che la vera espressione della forza attrattiva non sia inversamente proporzionale al quadrato della distanza. O almeno non proprio esattamente. Questo spiegherebbe perché le galassie sembrano giocare tra loro con una forza ben più grande del previsto: non è la massa maggiore “nascosta” che la fa da padrone, ma solo il fatto che la forza che le lega è più grande di quanto ipotizzato. Sarebbe bello? Forse si, ma troppe cose sembrano non andare d’accordo con questa teoria troppo semplicistica. In realtà ce ne dovremmo già essere accorti su misure fatte considerando le distanze molto più piccole a cui siamo abituati. O magari no? Se ci pensiamo bene, gli effetti gravitazionali a noi conosciuti sono legati soltanto a pianeti intorno a stelle o al limite a stelle collegate tra loro in un ammasso chiuso o aperto. Ma quando si parla di distanze tra galassie le cose potrebbero cambiare.

Se siamo tutti d’accordo, possiamo allora fermarci qui e metterci a tavolino per scrivere una nuova legge di gravitazione universale. Tuttavia, se invece vogliamo restare nell’ambito delle idee più seguite al momento, che preferiscono (probabilmente giustamente) supporre l’esistenza di materia “aggiuntiva” non ancora visibile con i nostri mezzi, dobbiamo andare avanti e complicare le cose. In questo caso mi chiederete: “va bene, ci crediamo, ma quanta ce n’è e di cosa è fatta?” Qualcuno potrebbe rispondere: “enormi buchi neri”. No, no, non basta. Ci vuole ben altro. Ciò che vediamo e osserviamo è solo lo 0,4% del totale. Questa è la massa totale delle stelle e degli altri oggetti. Poi dobbiamo aggiungere un 3,6% di gas intergalattico (quello visibile ai raggi X). E poi? La materia oscura arriverebbe soltanto a circa il 20%. Ed il resto? Il resto (circa il 75%) sarebbe energia oscura. Non spaventiamoci a mischiare energia e massa! Sappiamo benissimo che Einstein ci ha dimostrato che sono la stessa cosa e possono trasformarsi una nell’altra.

Si, va bene, ma se non si vede, ripeterete ancora, di cosa può essere fatta? Qui le cose si complicano ancora di più e le teorie si sprecano. La maggior parte degli scienziati tende a dividerla in due: quella barionica e quella non barionica. Quella barionica (non spaventatevi per il nome) è composta da ciò che ben conosciamo, ossia le solite particelle contenute nell’atomo e che siamo capaci di produrre nei laboratori. Essa rimarrebbe in uno stato tale da non emettere luce, ma da agire gravitazionalmente con il resto. Questa parte sarebbe composta sia da buchi neri che da stelle troppo piccole per aver innescato il bruciamento dell’idrogeno. Come già detto, però, sarebbe troppo poca. Ci vuole anche la non barionica, ossia quella composta soprattutto da particelle che ancora non conosciamo e che probabilmente si sono create all’atto del Big Bang, ma non hanno contribuito alla formazione degli elementi dell’Universo primitivo. Si tende ancora a dividere questa parte in due categorie, quella calda e quella fredda. La prima forse composta da neutrini, la seconda da strani oggetti chiamati assioni, neutralini ed altro ancora … Oddio! Stiamo cadendo nel difficile ed è meglio che ci fermiamo. D’altra parte sapete che qualcuno ama definire la materia e l’energia oscura come la migliore definizione dell’ignoranza umana? Un po’ come si definiva “terra sconosciuta” quella che era al di fuori delle mappe geografiche dei tempi antichi. La missione PAMELA, a cui partecipa anche l’Italia, cercherà di studiare i raggi cosmici come segnali di energia e materia oscura. Speriamo ci riesca e così ci sentiremo meno limitati. Non dimentichiamoci però anche dell’antimateria … Mamma mia, ma allora non sappiamo proprio niente!!

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Professore ordinario di Astrofisica, oggi in pensione. La sua specializzazione è stata la Planetologia e, in particolare, i corpi minori del Sistema Solare. E' stato uno dei "pionieri" dello studio fisico degli asteroidi negli an ... pagina autore

I 89 commenti di questo articolo sono in sola lettura poichè precedenti al nuovo restyling del portale. Iscriviti al Forum di Astronomia.com ed entra a far parte della nuova community!

  1. Sacrosante parole Enzo…noi sappiamo molto, abbiamo fatto molte scoperte e tanto stiamo ancora scoprendo! Ma se paragoniamo quello che sappiamo a quello che ci sarebbe ancora da sapere…orca miseria, non sappiamo proprio nulla…

  2. Caro Enzo ho terminato pochi giorni fa la lettura proprio di un libro che parla di ciò, in modo abbastanza semplice, ed ho perfettamente in mente quello che stai dicendo.
    Purtroppo al momento non riusciamo a spingerci, con gli attuali strumenti, così indientro nel tempo ( e nello spazio, nella sua profondità) in modo da avvicinarsi al Big Bang o chi per esso, vi è poi unabarriera ben precisa (detta barriera di fuoco) data dalla radiazione di fondo che ostacola comunque il vedere oltre.
    C’è comunque la teoria che sta costruendo, appunto, forse un nuovo stuolo di particelle tutte da scoprire e da inserire, controllando bene se poi avranno massa o no.
    C’è poi il grande esperimento del LHC di Ginevra che da solo ci potrà dare molte risposte, confrontandosi anche con altri esperimenti che da tempo sono in funzione in altre parti del mondo, compreso l’Antartide.
    Ce ne è quindi da divertirsi a scoprire, anzi, a “combattere” per scoprire, “combatere” in senso buono naturalmente, perchè la natura quasi mai è semplice da capire.
    Comunque un grazie come al solito per la tua chiarezza e precisione.

  3. Ma, considerando che la forza di gravita’ non e’ ancora stata integrata con le altre interazioni fondamentali (nel Modello Standard?), non e’ piu’ probabile che non conosciamo ancora bene questa forza, e prendiamo degli abbagli?

  4. @Silvio,
    in effetti è proprio una possibile alternativa come si dice nell’articolo…ma pochi ci credono… Boh ! :roll:

  5. @Silvio
    Anche questo è vero, ci basiamo molto sul Modello Standard, anche se vi sono altri modelli che avanzano e molte teorie sull’Unificazione che hanno il loro spazio; ma si tratta sempre di teorie che potrebbero crollare sotto i colpi di nuove scoperte concrete.
    La gravità resta sempre un mistero: sembra semplice , si fa’ sentire, naturalmente su grande scala…però se ne va’ bella bella per la sua strada.
    @Tutti
    scusate la divagazione ma vorrei solidarizzare con gli abruzzesi per quanto è accaduto.
    Mi giunge notizia che uno scienziato del laboratorio del Gran Sasso aveva previsto in parte l’evento ma è stato sbeffeggiato da un tecnico abbondantemente prestato alla politica ed è stato pure denunciato per procurato allarme.
    Pur prendendo la notizia con le molle e dovendo sicuramente verificare il tutto, mi viene da dire : “si dimettano subito gli insulsi sbeffeggiatori della scienza e tutti gli arroganti sapientoni che verranno fuori”, ma tutto finirà a tarallucci e vino sulle spalle della gente.
    Scusate lo sfogo e a presto con le nostre belle discussioni.

  6. caro Mario,
    sappiamo tutti bene che ancora non è possibile prevedere i terremoti (però se si dessero più soldi alla ricerca, chissà …!), tuttavia sentendo e filtrando quanto si sente alla TV, mi sono fatto una mezza idea. Vi è infatti stato uno sciame tellurico ultimamente, ossia un aumento delle scosse sismiche tipo “rumore di fondo”, proprio in Abruzzo. Forse valeva la pena attivarsi meglio? Non so, in realtà…non è che si potessero sfollare migliaia e migliaia di persone solo per un’ipotesi remota. Ancora una volta, bisognerebbe saperne di più sul nostro interno planetario e su come leggere certi “strani” indicatori. Sicuramente andrebbero spesi più soldi per costruire con norme antisismiche, come si fa in Giappone. Sappiamo bene che l’Italia ha zone ad altissimo rischio e allora? Invece di pensare in grande, pensiamo prima a rimettere in sesto le cose più importanti. E magari cerchiamo anche un po’ di colpevoli…Ho visto distrutta una costruzione recente in cemento armato che NON doveva e poteva cadere. Come mai? Anche un ignorante come me, penserebbe subito ad una costruzione truffaldina. Ma, intanto, pochi giorni (dipende dal numero di morti…) e poi si continuerà sempre nello stesso modo. Più dei morti contano i vivi che vanno a votare!!!
    Ogni tanto ci vuole….

  7. @ Enzo
    Ti ringrazio per le bellissime parole e mi scuso per lo sfogo. Poi ho anche scoperto che più che uno scienziato è un tecnico, ma ciò non significa poi molto. La ricerca deve andare avanti e si devono ascoltare le persone che la amano e che vi mettono anima e corpo, con attenzione verso i ciarlatani che si aggirano.
    @ Silvia
    Grazie
    @ Enzo e a Tutti
    Tornando alla materia oscura, senza volr dimenticare per carità, e restando in tema con un po’ di buonumore: non sarà che non abbiamo studiato bene ed è dentro di noi…qualcuno in particolare (vedi cosa dicevo prima e cosa diceva Enzo) ed in qualche caso (parecchini forse) ha sostituito la materia più importante… quella grigia?
    A presto.

  8. Ho sentito che Giampaolo Giuliani aveva chiesto finanziamenti per il suo congegno per prevedere i terremoti, ma nessuno glieli ha concessi. Se lo è costruito da solo. L’importante in questo paese non è finanziare la ricerca scientifica, ma foraggiare chi campa sulle disgrazie altrui, da sempre. Cultura italiana.

    Per tornare al tema: la teoria della cosiddetta MOND non gode di molto credito -è stato già detto qui- presso la comunità scientifica; per me che sono ignorante è plausibile quanto la materia oscura, ma devo fidarmi di chi queste cose le studia per mestiere: ci sono più ‘evidenze’ sull’esistenza della dark matter che prove a favore della MOND. Attendo con ansia nuove conferme, per quella che sarà una nuova rivoluzione copernicana, se non di più.