LA MATERIA OSCURA

di: Alessio Mannucci

Nel 1933, l'astronomo Fritz Zwicky, studiando il moto di ammassi di galassie lontani e di grande massa - l'ammasso della Chioma e quello della Vergine - stimò la massa di ogni galassia basandosi sulla sua luminosità, e sommò tutte le masse per ottenere quella totale. Ottenne poi una seconda stima della massa totale, basata sulla misura della dispersione delle velocità individuali delle galassie nell'ammasso. Con sua grande sorpresa, questa seconda stima era 400 volte più grande della stima basata sulla luce delle galassie. Fu solo negli anni Settanta, che gli scienziati iniziarono ad esplorare questa discrepanza in modo sistematico. Fu in quel periodo che l'esistenza della materia oscura iniziò ad essere presa sul serio.




Il 21 agosto 2006, la NASA rilascia un comunicato stampa secondo cui i satelliti Nasa a raggi X Chandra avrebbero trovato prove dirette dell'esistenza della materia oscura nello scontro tra due ammassi di galassie. Doug Clowe, un astronomo dell'Università dell'Arizona, dichiara: «È la prima diretta testimonianza della materia oscura» (insieme ad alcuni suoi colleghi, pubblicherà i risultati sull'Astrophysical Journal).



Utilizzando un insieme di telescopi a terra, oltre a Chandra e al Telescopio Spaziale Hubble, gli studiosi hanno attentamente seguito l'ammasso 1E0657-56 (noto anche come «ammasso proiettile»), prodotto della collisione avvenuta circa 100 milioni di anni fa tra due ammassi di galassie (l'evento più energetico avvenuto nell'universo dopo il Big Bang), rilevando come lo scontro abbia provocato la separazione della materia visibile da quella «oscura». Secondo Sean Carroll, cosmologo dell'Università di Chicago, i dati di Clowe e il suo gruppo dimostrano, «oltre ogni ragionevole dubbio», l'esistenza della materia oscura. Esistenza però messa in dubbio da altri scienziati, secondo i quali è la forza dovuta alla gravità a dover essere rivista, in modo particolare negli spazi intergalattici. «Non è detto che anche la legge della gravità debba essere riconsiderata», ha detto Carroll.



All'inizio del 2007, ricercatori del Dark Cosmology Centre della University of Copenhagen, al Niels Bohr Institute, parte della collaborazione internazionale ESSENCE, osservando la luce di distanti supernove, tracciano la storia dell'espansione dell'universo con un'accuratezza senza precedenti. Il Dr. Jesper Sollerman e il Dr. Tamara Davis, a capo del team, dichiarano che, a dispetto dei più moderni e sofisticati modelli cosmologici, il modello migliore per spiegare l'accelerazione dell'espansione rimane quello proposto dalla costante cosmologica di Einstein nel 1917(seppure all'epoca Einstein credeva che l'universo fosse statico, non in espansione).

Lo scopo primario di ESSENCE - un team composto da 38 ricercatori di tutto il mondo, con a disposizione i telescopi più grandi del mondo, il VLT (Very Large Telescope) dell'European Southern Observatory, il Magellano, il Keck e il Gemini - è di misurare l'energia oscura, che causa l'accelerazione dell'espansione dell'universo. La costante cosmologica è vista come un fenomeno meccanico-quantistico chiamato «vacuum energy», ovvero l'energia dello spazio vuoto. I nuovi dati mostrano che la storia dell'espansione dell'universo può essere spiegata semplicemente incorporando la costante nella normale teoria della gravità.



(Credit: NASA, ESA and R. Massey, California Institute of Technology)

Sempre all'inizio del 2007, gli astronomi del COSMOS (Cosmic Evolution Survey) - un team internazionale di astronomi coordinati da Richard Massey, del California Institute of Technology (Caltech, USA) - analizzando il colore, la forma e la luminosità di oltre 500 mila galassie, realizzano la prima mappa tridimensionale che rivela la distribuzione della materia oscura e la sua interazione con la materia ordinaria nel processo di formazione delle galassie, con un dettaglio che non ha precedenti. La mappa è stata realizzata a partire dalle osservazioni dell'Hubble Space Telescope utilizzando il lensing gravitazionale (lente gravitazionale) per determinare la distribuzione della massa attraversata dalla luce visibile (la materia oscura, la cui natura non è ancora chiaramente determinata, non emette né riflette la luce, ndr).

I risultati, pubblicati su Nature e presentati durante il 209imo meeting della American Astronomical Society (AAS) svoltosi a Seattle (Washington) dal 5 al 10 gennaio, confermano quanto in precedenza ipotizzato, e cioè che la materia oscura costituisce quell'armatura che ha permesso alla materia ordinaria di raggrupparsi, per poi, attraverso un processo di attrazione, formare le galassie. Grazie al lensing gravitazionale, gli studiosi sono riusciti a mappare la presenza della materia oscura e a determinare come questa sia sei volte più abbondante della materia ordinaria. “La materia oscura avvolge completamente le stelle e le galassie”, ha spiegato Richard Massey, “fra un nugolo di materia oscura e l'altro si gettano dei ponti, sempre di materia oscura, come dei filamenti, che fanno assumere al tutto l'aspetto di una grande rete”. La materia visibile costituisce circa un sesto dell'intero universo, tutto il resto rimane non visibile.



(Credit: NASA, ESA and R. Massey, California Institute of Technology)

Nick Scoville, sempre del gruppo Caltech, ha condotto l'indagine attraverso l'uso del Telescopio Hubble e della sua sofisticatissima Advanced Camera for Surveys (ACS). Hubble ha fornito i dati provenienti da circa mille ore di osservazione, ha tracciato una zona del cielo equivalente alla larghezza di quattro lune piene, dedicando il 10% del suo tempo operativo degli ultimi due anni. Per completare l'indagine, sono stati uniti, a questi, i dati provenienti da altri quattro osservatori astronomici del mondo. “È stato come ricostruire un'intera città basandosi solo su una veduta aerea notturna delle strade illuminate”, hanno dichiarato gli astronomi. Il telescopio Subaru (Mauna Kea, Hawai) ha fornito immagini tratte da 30 notti di osservazione, mentre il Very Large Telescope dell' European Southern Observatory e il Giant Magellan in Cile hanno misurato lo spettro della luce dalle galassie viste da Hubble, permettendo di calcolare le distanze tra esse. Il telescopio a raggi X dell'ESA, XMM-Newton, ha invece contribuito a delineare il gas all'interno delle galassie e la distribuzione della materia ordinaria. La combinazione di tutti questi dati ha permesso agli astronomi di calcolare la distribuzione della materia oscura nella zona di cielo esaminato in base alla deviazione della luce esistente (che non poteva essere attribuita solamente alla massa della materia ordinaria). Sebbene su un'area limitata, questa mappa costituisce il primo risultato non basato su semplici simulazioni, e, dunque, in maniera molto verosimile, la reale distribuzione della materia oscura.



(Credit: NASA, ESA and R. Massey, California Institute of Technology)

“Quella che siamo riusciti a studiare è una piccola parte del cielo, qualcosa come due gradi su 40 mila, ma si tratta delle immagini più chiare che siano mai state ottenute”, ha commentato Eric Linder, del Lawrence Berkeley National Laboratory. Le parti più distanti di questo programma 3D rappresentano le ere più antiche nella storia dell'universo e ciò ha permesso alla squadra di seguire i cambiamenti nella distribuzione della materia oscura su un periodo che varia da circa 6.5 a 3.5 miliardi di anni fa. I risultati di COSMOS sono un passo avanti molto importante nella comprensione dell'universo, ma portano anche nuovi ed affascinanti interrogativi. I ricercatori sono rimasti perplessi di fronte ad una certa concentrazione di materia oscura che non sempre si sovrappone alla materia visibile: alcune zone sembrano mostrare delle discrepanze fra la distribuzione della materia oscura e quella ordinaria, mentre altre zone mostrano concentrazioni della materia ordinaria senza fette di materia oscura corrispondenti. Prima di ripensare i modelli cosmologici, gli scienziati stanno cercando di capire se queste anomalie possano essere dovute a interferenze nella raccolta dei dati. “È peggio di un puzzle”, dice Scoville.

A svelare i misteri della materia oscura, e anche della “particella di Dio”, potrebbe contribuire l'International Linear Collider (ILC),un futuro acceleratore di particelle lineare, un progetto internazionale da 6.7 miliardi di dollari che dovrebbe essere realizzato dopo il 2010. Rispetto al Large Hadron Collider (LHC) presso il CERN di Ginevra, la cui entrata in funzione inizialmente prevista per la fine del 2007 è stata spostata alla primavera del 2008 per un incidente durante la costruzione avvenuto il 6 aprile 2007, l'ILC fornirà un'energia relativamente ridotta, ma le collisioni dell'ILC saranno meno affette da disturbi e quindi permetteranno di effettuare misurazioni di precisione delle particelle individuate dall'LHC.


Data articolo: ottobre 2007

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