La materia oscura dell’Universo: uno dei grandi misteri della fisica.

La maggior parte dell’Universo Conosciuto è composto da una materia di cui non si sa niente.

Si, avete capito bene: anche se le scoperte astrofisiche sono avanzatissime, ciononostante appare che siamo circondati da una MATERIA (E DA UNA ENERGIA) DI TIPO SCONOSCIUTO E NON RILEVABILE DAGLI STRUMENTI E CON LE METODOLOGIE CHE CONOSCIAMO: LA MATERIA OSCURA.

La storia iniziò nel 1917 quando i fisici scoprirono che, per qualche ragione, l’Universo aveva smesso di decelerare e stava accelerando. Strano, no ? E’ come quando tiriamo una palla verso il cielo: si innalza fino ad un certo punto, e poi discende con velocità sempre maggiore.

Infatti, fino a circa 7 miliardi di anni dopo il “big bang” l’universo stava decelerando nella sua espansione, si stava comprimendo; dopodichè, si scoprì che, arrivato ad un certo punto, aveva invertito il senso e aveva cominciato ad espandersi, aumentando sempre più la velocità di espansione: 8 miliardi di anni dopo  la velocità di espansione era più grande e 1 miliardo di anni dopo ancora più grande; e così via.

I fisici si aspettavano una continua decelerazione dell’espansione e si sono invece trovati con una sorprendente accelerazione della stessa.

La deduzione che ne trassero è che possa essere esistito e che esista, nella densità della materia dell’universo, un punto di DENSITA’ CRITICA  (per capirci: es. numero di pianeti per miliardo di chilometri cubici) raggiunto il quale le cose si bilanciano;  in cui attrazione e repulsione si compensano. In altre parole: l’Universo si è compresso per 7 miliardi di anni , fino a raggiungere la densita’ critica, per poi ricominciare ad espandersi.

Ma cos’è questo “punto di densità critica”, si chiesero? Come lo si rappresenta? E, soprattutto, cosa significa?

I fisici sono molto scaltri (e come sappiamo Einstein è stato uno dei più grandi fisici) : quando trovano un buco inspiegabile in un modello matematico che tenta di descrivere un fenomeno, si inventano spesso  delle “costanti”. Delle costanti matematiche. Come a voler dire:”questa formula ha un buco matematico inspiegabile;  vabbè, allora chiamiamo questo buco una “costante” e lasciamo ai posteri gli approfondimenti”. (I colleghi fisici mi perdoneranno se sono stato molto impreciso, superficiale e forse irriverente in questa descrizione; ma le cose possono apparire così. E poi ho fretta di arrivare al punto).

Infatti, Einstein, non riuscendo bene a spiegare la sorprendente inversione dell’accelerazione dell’universo, si inventò la “costante cosmologica”.  Ma la cosa buffa è che, alla fine degli anni novanta, un simile ragionamento, combinato con l’analisi accurata dei dati osservati, fece concludere al cosiddetto Gruppo di Perlmutter, che forse Einstein non aveva avuto torto, ottant’anni prima, quando aveva introdotto la sua costante  cosmologica, anche se il suo valore, come elaborato da Einstein, appariva errato. Sembrava comunque proprio che l’Universo ne abbia (o ne abbia avuto) una.

Tra l’altro, nonostante il dettaglio del valore errato, se le ipotesi di questi astronomi si trovassero fondate anche per il futuro, Einstein, ancora una volta si troverebbe ad essere un grande trionfatore.

Ma non è questo il punto: il discorso della costante cosmologica ha portato i fisici a delle deduzioni a dir poco sorprendenti; direi rivoluzionarie, che ci portano a ragionare sulla MATERIA OSCURA.

I ricercatori del gruppo suddetto, infatti, cercarono di lavorare su un modello più piccolo di esplosione dell’universo: una supernova. Come tutti sanno, infatti, una supernova è una stella che esplode, e, come tale, diventa visibile da distanze da cui prima non veniva osservata (gli antichi le chiamavano stelle nuove, novae).

Si misero quindi ad osservare se per caso la materia esplosa dalla supernova, la smettesse, ad un certo punto, di ritrarsi, e cominciasse ad espandersi.

E, con grandissima soddisfazione, incontrarono la costante cosmologica!

Con un problema però: essi riscontrarono  che solamente meno del 10% della massa esplosa contribuiva alla densità critica, mentre l’altro 90%  si trovava ad essere attribuito ad una energia ignota, formata da una massa ignota. Una massa inaspettata e non rilevabile assolutamente.

Pensate quanto sensazionale fosse la scoperta. La realtà è che, oltre che sensazionale, la scoperta era molto imbarazzante: avevano scoperto qualcosa che sicuramente esisteva, ma non sapevano cosa fosse! Immaginate la loro faccia: avevano verificato che la costante cosmologica esisteva ed era ben quantificata; il problema è che di questa quantificazione potevano giustificarne solo il 10%. Nel 2001 al New York Times, Bruce H. Margon, astronomo all'Università di Washington: dichiarò : “È una situazione alquanto imbarazzante dover ammettere che non riusciamo a trovare il 90%  dell'Universo. »

I ricercatori cercarono di rappezzare l’impatto negativo; e, quasi ammettendo la loro impotenza, (e secondo me ricordando la saga di Guerre Stellari) con grande fantasia chiamarono la massa sconosciuta MATERIA OSCURA.

Il bello è che il 90% di questa Materia Oscura è ovviamente tanto! Se davvero le cose stessero così saremmo in una situazione bizzarra: la materia ordinaria che conosciamo, contribuisce alla densità dell’universo in maniera infima, e tutto il resto della massa/energia presente nell’universo è dovuta ad una misteriosa e del tutto DIVERSA ENERGIA OSCURA, che è distribuita in maniera uniforme nello spazio. (Le più recenti misure indicano che la materia oscura costituisce circa l'86% della massa dell'universo e circa il 26% della sua energia).

Approfondiamo un attimo: inizialmente essa veniva indicata come "massa mancante", ma questa definizione è impropria; infatti la materia non manca, perché ne  sono osservabili gli effetti gravitazionali della sua massa. Però questa materia non emette alcuna radiazione elettromagnetica e non risulta pertanto individuabile dagli strumenti di analisi spettroscopica, da cui l'aggettivo "oscura". Il termine massa mancante può quindi essere fuorviante, dato che non è la massa a mancare, ma solo la sua "luce". Il che rende il discorso ancora più misterioso. Perché sappiamo che questa massa esiste, perché ne vediamo gli effetti, ma non sappiamo osservarla, rilevarla; e sapere di cosa sia fatta.

Per proseguire però con l’analogia di Guerre Stellari, abbiamo anche un CACCIATORE DI MATERIA OSCURA; è l’ Ams (Alpha Magnetic Spectrometer) installato dal 2011, dal CERN, all’esterno della Stazione Spaziale Internazionale. La sapete l’ultima? ANSA In Aprile ci rivelava che questo “cacciatore aveva ricevuto strani segnali”. Ovviamente il mistero si infittisce.  Anche perché Vinu Vikraman, ricercatore presso lo US Department of Energy’s Argonne National Laboratory e co-autore di un recente studio afferma:  «Non sappiamo che cosa sia realmente la materia oscura né siamo in grado di localizzarla direttamente (Notiziario Istituto di Astrofisica, 16 luglio 2015).

Le deduzioni? Come dicevo sono rivoluzionarie, e uccidono in maniera definitiva la visione copernicana: non solo la Terra non è al centro dell’Universo, ma la materia stessa di cui siamo fatti e che conosciamo, sarebbe poco più di un’impurità poco diffusa nel cosmo.

Se nel progetto generale dell’Universo, si fossero lasciati da parte protoni, neutroni, elettroni, cellule, per arrivare ad oggetti inanimati ed esseri viventi, la sua massa totale sarebbe diminuita di poco.

Un’ultima chicca a corollario: se l’Universo continua ad espandersi con questa accelerazione, tra circa 100 miliardi di anni tutte le galassie saranno spinte via dallo spazio ad una velocità pari a quella della luce, e quindi saranno (v. Brian Greene – 2006) fuori dalla portata delle nostre osservazioni. Se queste ipotesi sono corrette, nel futuro l’universo sarà un posto immenso, vuoto e solitario. Dove andrà tutta questa materia non è dato saperlo. Per ora.