Un po’ di luce sulla materia oscura

Da osservazioni indipendenti nuovi indizi sulla misteriosa materia oscura che peUn po’ di luce sulla materia oscurarvade l’universo.

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Immagine ottenuta dal telescopio spaziale Hubble dell’ammasso di galassie Abell 3827. Le strane strutture blu che circondano le galassie centrali sono la vista distorta dalla lente gravitazionale di una galassia molto più distante situata al di là dell’ammasso. Le osservazioni delle quattro galassie centrali in interazione hanno fornito indizi che la materia oscura intorno a una delle galassie non si stia muovendo con la galassia stessa, implicando che possano essere in atto interazioni di natura non nota della materia oscura con se stessa.|ESO

Da tempo si sta cercando di capire come mettere in luce ciò che non si vede: la materia oscura e l’energia oscura, due entità, fondamentali per capire il nostro Universo, che sappiamo esistere ma le cui tracce sono per ora soltanto indirette: osserviamo fenomeni ad esse correlati, come l’espansione accelerata dell’Universo, nel caso dell’energia oscura, e per certi aspetti non comprensibili dei moti delle galassie, nel caso della materia oscura.

PERCHÉ LA MATERIA OSCURA È NECESSARIA. L’esistenza della materia oscura, in particolare, è resa necessaria per giustificare alcune anomalie del moto di rotazione delle galassie a spirale e delle galassie negli ammassi, che per essere spiegate richiedono l’esistenza di molta più massa di quanta sia percepibile con gli strumenti a nostra disposizione. Deve quindi esistere una sorta di particella subatomica, originatasi in quantità enormi con il Big Bang ma non visibile con alcun mezzo conosciuto se non per l’attrazione gravitazionale che esercita con la sua massa. Si tratta però ancora di una ipotesi teorica, perché finora l’esistenza di queste particelle non è stata ancora rilevata direttamente.

UNA MATERIA MISTERIOSA E SFUGGENTE. Adesso, però, grazie alle straordinarie capacità del telescopio telescopio spaziale Hubble e del VLT (Very Large Telescope) da 8,20 metri di apertura dell’ESO, un’equipe di astronomi ha osservato la collisione simultanea di quattro galassie nella regione centrale del ricco ammasso di galassie Abell 3827, che dista da noi circa 1,4 miliardi di anni luce, raccogliendo leprime prove di interazione della materia oscura con altra materia oscura in un modo diverso dall’attrazione gravitazionale.

Il caso ha voluto che l’ammasso Abell 3827 si trovi allineato con una galassia di fondo molto più lontana.  Ciò fa sì che l’immagine di quest’ultima venga deformata nelle caratteristiche forme arcuate (“archi di Einstein”) a causa dell’effetto di lente gravitazionale causato dalla massa della materia oscura (presente attorno alle galassie in collisione) che distorcendo lo spazio provoca la deviazione dei raggi di luce provenienti dalla lontana galassia. Ed è dall’analisi di queste deformazioni prodotte dall’effetto di lente gravitazionale che è stato possibile rilevare una discrepanza tra il comportamento della materia visibile e della materia oscura appartenente all’ammasso Abell 3827.

UN INVILUPPO DI MATERIA OSCURA. Normalmente la materia oscura avvolge in un enorme alone la materia visibile di una galassia. Anche la Via Lattea ne ha uno, che contribuisce alla sua stabilità. La velocità di rotazione del disco della nostra Galassia, come di altre galassie a spirale, è infatti tale che senza la gravità della materia oscura stelle e pianeti si disperderebbero nello spazio. Ma in una delle galassie dell’ammasso Abell 3827, l’alone di materia oscura ha una configurazione mai individuata prima: il suo centro di gravità, infatti, appare essere distante circa 5.000 anni luce rispetto al centro di gravità della galassia visibile. Non si tratta di una distanza enorme, ma se la materia oscura fosse soggetta alla sola forza di gravità, il suo centro di gravità dovrebbe coincidere con quello della materia visibile.

MATERIA OSCURA E UNA FORZA SCONOSCIUTA. Una teoria sostiene che la materia oscura sarebbe costituita dalle cosiddetteWIMP (Weakly Interacting Massive Particles), ossia “particelle massicce debolmente interagenti”. Oltre che alla gravità, queste particelle risponderebbero anche a un’altra forza, relativamente debole, simile alla cosiddetta “interazione nucleare debole”, che è responsabile del decadimento radioattivo. Se fosse confermato che la materia oscura viene rallentata durante una collisione tra galassie, questa potrebbe essere la prima evidenza di una diversa fisica nella zona oscura. Sono necessarie quindi ulteriori indagini su altri effetti che possono produrre un ritardo. Dovranno essere eseguite osservazioni simili su altri ammassi di galassie e simulazioni numeriche dell’interazione tra galassie appartenenti ad ammassi. In sostanza, la natura dell’interazione rimane per adesso sconosciuta: potrebbe essere causata da effetti ben noti o da qualche forza esotica ancora ignota. Tutto ciò che si può dire a questo punto è che questa forza non è la gravità.

Mappa dell’area di cielo studiata alla ricerca della materia oscura. I cerchietti scuri rappresentano gli ammassi di galassie, le zone gialle e rosse corrispondono alle maggiori concentrazioni di materia oscura. Le zone blu sono “caverne” intergalattiche “vuote”. | VIKRAM ET AL.

UN’ALTRA EVIDENZA DELLA PRESENZA DI MATERIA OSCURA. Ma i risultati di un’altra ricerca mostrano la presenza di materia oscura nello spazio intergalattico, la cui distribuzione e massa sono state stimate in base alla deformazione dello spazio intorno a galassie e ammassi di galassie. Queste deformazioni – in sostanza si tratta di una estensione del concetto di lente gravitazionale – non sarebbero giustificate dalla materia visibile e quindi tracciano la presenza della materia oscura nello spazio intergalattico. La ricerca ha interessato circa il 3% dell’intera volta celeste ed è stata effettuata con il telescopio da 4 metri di apertura dell’Osservatorio Interamericano di Cerro Tololo (Cile). La mappatura del cielo a caccia della materia oscura proseguirà fino al 2018. Dai risultati di questo lavoro emerge la presenza di materia oscura intorno a circa 12.000 galassie.

20 APRILE 2015 | MARIO DI MARTINO
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