MATERIA OSCURA. DI CHE COSA SI TRATTA?

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Sembra costituire quasi il 90% della massa dell’Universo ed è uno dei più grandi misteri della cosmologia

Nel 1933 l’astronomo Fritz Zwicky era intento a compiere studi su un lontano ammasso galattico e si accorse di alcune apparenti anomalie. Aveva già eseguito una prima misurazione della massa dei corpi celesti basandosi sulla loro luminosità , ma ritenne opportuno farne una seconda, prendendo in esame la dispersione delle velocità delle singole entità galattiche dell’ammasso. Dalle sue analisi emersero però delle discrepanze, poiché, sulla base delle informazioni ricavate dalla seconda osservazione, risultava che la massa delle galassie dovesse essere almeno quattrocento volte maggiore rispetto al risultato calcolato a partire dalla radiazione luminosa emessa dai corpi celesti. In seguito questa misteriosa massa prenderà il nome di Materia Oscura, poiché, pur producendo effetti visibili, non emette alcun tipo di radiazione luminosa e risulta essere invisibile a ogni strumento che al momento possediamo.

Rappresentazione della Materia Oscura presente nell’Universo

 

Ciononostante, fu solo negli anni settanta che gli scienziati iniziarono ad interessarsi a tale “stranezza” con maggiore attenzione e, grazie ad ulteriori analisi, fecero enormi passi avanti che permisero di aumentare la nostra capacità di predire l’evoluzione e il destino dell’Universo. Grazie alla Materia Oscura gli astrofisici riuscirono a spiegare in che modo si fossero formate le galassie e gli ammassi di galassie all’interno del cosiddetto Modello Standard  della Cosmologia, basato sul Big Bang. Infatti, se non si tenesse conto di tale fattore, corpi celesti come la Via Lattea non avrebbero mai potuto formarsi nel lasso di tempo che intercorre tra l’istante della Creazione e il nostro presente.  Se poi prendiamo anche in considerazione che il Modello Standard prevede come unica forza cosmologica la gravità , senza Materia Oscura non si potrebbe spiegare in che modo le galassie possano mantenersi unite, dato che la materia visibile non sarebbe in grado di sviluppare un’attrazione abbastanza forte da impedirne il disfacimento. Le galassie a spirale, per esempio, contengono un vasto numero di stelle che si dispongono in orbite quasi circolari e di raggio via a via maggiore attorno al nucleo della galassia stessa.  Secondo la terza legge di Keplero, più un corpo celeste è lontano dal centro della galassia, più la sua velocità orbitale diminuisce, tuttavia, in base alle osservazioni, è stato dimostrato che la velocità delle stelle rimane, con buona approssimazione, costante e si aggira intorno ai 200 Km/s, il che sarebbe sufficiente a vincere l’attrazione gravitazionale e a scagliare le stelle nello spazio intergalattico.  Dato che non sono mai state osservate galassie in cui sia in corso un tale processo di dispersione, si deve presupporre l’esistenza di un’ulteriore massa al suo interno, una massa che viene ignorata quando si effettua la somma di tutte le parti visibili.

E allora da che cosa sarebbe formata la Materia Oscura? Si possono solo fare ipotesi e per il momento la teoria prevalente vuole che essa sia costituita da una componente barionica e da una non barionica. La componente barionica è composta da materia del tutto simile a quella ordinaria, da cui si differenzia per il fatto di non emettere alcun tipo di radiazione luminosa, mentre la componente non barionica, che corrisponderebbe almeno al 90% di tutta la Materia Oscura, da ipotetiche particelle dotate di grande massa unitaria in grado di produrre deboli interazioni con la materia ordinaria. Un’altra ipotesi abbastanza accreditata riguarda invece i buchi neri primordiali.

Vi sono tuttavia anche alcuni scienziati che non ritengono necessario ricorrere al concetto di Materia Oscura per spiegare molte delle dinamiche che regolano il funzionamento dell’Universo. È il caso di uno studio pubblicato sull’Astrophysical Journal, il quale, tramite l’uso di un sofisticatissimo programma di simulazione al computer, è riuscito a dimostrare come non sia necessario mettere in discussione Keplero, introdurre nuove costanti universali o ricorrere alla Materia Oscura, per spiegare il comportamento delle galassie a spirale. Gli autori di questa teoria hanno riprodotto una situazione di collasso di una nube ellissoidale di particelle isolate, cui hanno dato una piccola velocità di rotazione iniziale, e hanno constatato che ne derivano sistemi molto simili alle galassie a spirale con braccia non stazionarie, la cui formazione è dovuta alla combinazione della velocità di rotazione circolare e di quella radiale. se tale teoria dovesse trovare conferma, potrebbe portare al definitivo abbandono del concetto di Materia Oscura, che è già stato messo più volte in crisi da altri studi.

Piermarco Paci Fumelli

 

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