Misurare l’invisibile

Il telescopio spaziale Herschel ha dato un grande contributo nel cercare di quantificare la quantità di materia oscura necessaria alla formazione delle galassie. Ovviamente, tutto ciò accettando come valide le teorie più “ottimistiche” su di essa …

Il ragionamento base per cercare di capire il risultato delle osservazioni di Herschel è il seguente: “Se avessimo poca materia oscura la formazione di una galassia rallenterebbe fino a spegnersi. Se, invece, ne avessimo troppa, il gas si scalderebbe eccessivamente e si produrrebbero solo piccole strutture e non una $galassia$ estesa. Solo una quantità intermedia permetterebbe alla $galassia$ di accrescersi e di mantenere una ritmo sostenuto di formazione stellare”. La giusta quantità si aggirerebbe intorno ad una massa pari a circa 300 miliardi di masse solari per una singola $galassia$.

Le osservazioni di Herschel mostrano che le galassie più primitive attraversarono periodi di frenetica formazione stellare, ben più vigorosi di quello odierno. Le strutture studiate si trovano intorno ai 10-11 miliardi di anni luce da noi. L’ipotesi è che la materia oscura abbia agito come incubatrice per le galassie che si stavano formano, circondandole della massa necessaria per farle nascere. Esse catturavano la polvere e il gas necessari a nutrire le galassie in gestazione. Alla stregua di pozzi gravitazionali, li inviano al loro interno dove si condensavano raffreddandosi e permettendo la nascita delle stelle. Alla fine, quando il numero di astri era sufficiente, la $galassia$ assumeva la sua forma matura. Herschel è riuscito ad avere le informazioni relative a questo processo, investigando soprattutto la luce infrarossa cosmica di sfondo e descrivendone una mappa.

Si è notato che le antiche galassie sono più raggruppate tra loro di quanto si pensasse fino a poco tempo fa. Ipotizzando che il raggruppamento dipenda essenzialmente dalla materia oscura che si comporterebbe come una specie di collante, tutta una serie di complicate simulazioni numeriche ha stabilito la quantità di materia oscura necessaria alla formazione di una singola $galassia$.

Sicuramente un lavoro osservativo e teorico eccezionale, ma essenzialmente basato su ipotesi di partenza che accettano senza alcun dubbio l’esistenza e il ruolo fondamentale della materia oscura.

Una regione di cielo chiamata Lockman Hole

Una regione di cielo chiamata “Lockman Hole”, nella costellazione dell’Orsa Maggiore, è una delle aree osservate in luce infrarossa da Herschel. Tutti i piccoli punti luminosi visibili sono lontane e antiche galassie (e quindi giovani rispetto al Big Bang). (Fonte: ESA/Herschel/SPIRE/HerMES)

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17 Commenti

  1. @ Enzo
    il problema, come scrivi, è che queste conclusioni si possono trarre solo se ammettiamo in partenza l’esistenza della materia oscura. Sarebbe bello poter disporre di osservazioni dirette, che convincerebbero chi in partenza non crede alla teoria della materia oscura. Tuttavia, essendo appunto oscura, come potremmo osservarla direttamente? Come potremo risolvere questo enigma? Grazie!! 🙂 😉

  2. Comunque sia mi sembra di capire a questo punto che qualcosa ci deve essere per forza e possiamo chiamarla pure materia oscura o altro che sia, ma ci deve essere comunque.
    Battiamoci per diradare questa “oscurità” ed Herschell stà facendo veramente un buon lavoro. Ma quando l’avremo”rivelata” come la chiameremo?

  3. cari amici,
    qualcosa ci deve essere sicuramente… Ma, purtroppo, ne vediamo solo gli effetti che, sfortunatamente, potrebbero essere anche spiegati da una cattiva comprensione delle leggi della Natura su scale immense. Prima fra tutte la legge di gravità. Personalmente, sono ancora molto dubbioso e incerto…
    Speriamo in bene….

  4. Caro Enzo,
    secondo te è almeno possibile dire che caratteristiche dovrebbe avere (o non avere) per essere così difficile da individuare e, nello stesso tempo, essere così importante da giustificare l’attuale espansione dell’universo 😈
    Sicuramente è permeabile a tutte le radiazioni elettromagnetiche e, come la massa “normale” reagisce alla gravitazione.
    Grazie per gli eventuali chiarimenti 😆

  5. caro Gaetano,
    il problema è proprio quello a cui tu accenni. Non può essere come la materia che conosciamo, essendo completamente oscura a tutte le lunghezze d’onda, ma deve avere una massa simile alla materia visibile. Si pensa che rappresenti almeno il 30% della massa dell’Universo e insieme all’energia oscura (l’ipotetica forma energetica in grado di accelerare l’espansione attuale) di arrivare oltre il 70%. Purtroppo, finora, solo ipotesi… e nessun modello consistente. Vedremo… 🙁

  6. Caro Enzo,
    si è pensato all’energia oscura per spiegare l’espansione, alla materia oscura per rallentare l’accellerazione ❓ Perché non bastava diminuire l’energia oscura (tanto è tutta da scoprire e spiegare)?
    Grazie per la tua grande disponiobilità 😆

  7. caro Gaetano,
    non è così semplice… La materia oscura serve per spiegare la gravità eccessiva sia all’esterno delle galassie singole sia negli ammassi galattici. L’energia oscura invece dovrebbe accelerare l’espansione di tutto l’Universo. Sono due effetti su scale molto diverse…

  8. Quindi, se ho capito bene, la materia oscura serve a spiegare perchè le galassie e gli ammassi rimangono insieme nonostante l’espansione?
    Grazie 🙂 🙂

  9. caro Gaetano,
    non proprio… la materia oscura serve per spiegare i movimenti delle galassie all’interno dell’ammasso e certe caratteristiche della rotazione della singola galassia. Inoltre spiegherebbe anche l’effetto Einstein della luce proveniente da molto lontano, deviata più di quanto dica la massa “visibile” dell’ammasso…

    L’energia oscura non riesce a controbattere la gravità all’interno di un ammasso (almeno per adesso…), ma a espandere tutto l’Universo in cui gli ammassi sono inseriti. Agisce sul tessuto dello Spazio-Tempo, non sui singoli oggetti di esso.

    OK? 😉 Nel caso, insisti e cercherò di essere più chiaro 😛

  10. @Enzo
    spiegazione come sempre chiarissima! Quindi è più facile agire sullo spazio-tempo che sulla gravità che tiene insieme le galassie?? Wow! 😯 🙂

  11. Caro Enzo,
    chiaro sei chiarissimo! E’ la materia che è…oscura :mrgreen:
    Quello che lascia perlesso un non addetto ai lavori come me è che ogni nuova spiegazione si aggancia all’ultima teoria divulgata. E non è chiaro se si tiene conto delle ipotesi e delle approssimazioni che avevano consetito il conseguimento di quel risultato :mrgreen:
    … e quindi invidio le tue certezze 🙄

  12. cara Francesca,
    non è che sia più facile… è l’energia oscura che sembra agire in quel modo. Ma, come sai, sono pieno di dubbi….
    caro Gaetano,
    normalmente si dovrebbe tener conto di tutta la storia precedente. quando però si parla di ipotesi pure non è facile e si cambia direzione abbastanza facilmente. Hai ragione tu: è proprio la materia che è oscura!!!

  13. Carissimo Vincenzo, avrei un’ideuzza. 💡
    Secondo la teoria proposta dai due fisici Steinhardt e Turok, il Big Bang è frutto dell’urto di due universi paralleli, leggeremete separati da una dimensione extra (una quarta dimensione tra le 10 della teoria delle stringhe).
    Non voglio addentrarmi in questo universo caotico, ne viene comunque fuori una possibile soluzione al problema della materia oscura :
    Nell’universo parallelo potrebbe starci tutta l’antimateria che si è formata con il Big Bang, e che nessuno sa dove sia andata a finire.
    Naturalmente l’antimateria ci sta vicino, con la conseguente forza gravitazionale, che incide ovviamente anche nel nostro universo, e nella formazione delle galassie.
    Questa spiegazione risolverebbe due problemi in un colpo solo : Antimateria e Materia Oscura.
    Bang !
    Anzi… Big Bang !
    😉

  14. @ Marco. Faccio solo una mia personale interpretazione sulla materia oscura e sulla teoria dei due fisici da te nominati: quanto ancora ci dobbiamo inventare per capire che non esiste? Mah…..

    Sandro

  15. @Marco
    Quanto vicini sarebbero questi due universi? La forza di gravità diminuisce con la distanza. Come farebbe della materia in un universo parallelo a influire sulla formazione delle galassie nel nostro universo? Senza contare che la vicinanza di materia e antimateria porterebbe all’annichilazione di entrambe…Mah…sentiamo cosa ne pensa Enzo!

  16. Naturalmente l’universo parallelo non è quello dei libri di fantascenza, popolato da “antipersone”, ecc…!!!
    E’ una sorta di base “strutturale” per quello in cui viviamo, e trasla rispetto a noi attraverso una dimensione “extra”, che è molto molto vicina.
    Se avete mai sentito parlare della teoria delle stringhe… emmm
    🙄
    e’ vicina circa 10e-33 cm !!!