Nuovi orizzonti di una scienza in divenire/ Il “lato oscuro” dell’universo (Speciale n° 32)

Recenti osservazioni hanno consolidato con precisione il modello cosmologico standard, confermando che la materia e l’energia a noi note sono il 5% del cosmo: il 95% è ancora sconosciuto

27.01.2019, agg. il 30.01.2019 alle 19:36 - Marco Bersanelli

Il lato oscuro dell’Universo in realtà è un lato cristallino. Ci sono evidenze dell’esistenza della materia oscura su diverse scale: galassie, ammassi di galassie e Universo primordiale, dove ha una funzione fondamentale nella formazione di tutte le strutture e nel fiorire della complessità cosmica. Deve essere fatta di particelle diverse da quelle note alla fisica convenzionale e contribuisce all’85% della materia e a circa il 27% del budget totale.

L’energia oscura, scoperta grazie all’osservazione delle supernovae lontane e confermata dalle misure del fondo di microonde, contiene il 69% della densità di energia dell’Universo attuale. Dobbiamo rassegnarci al fatto che il 95% di tutto è ancora ignoto.

Questa situazione ci dà però lo slancio per nuove domande e approfondimenti. C’è molta attesa per le prossime missioni, come Euclid, che cercherà di misurare gli effetti di materia ed energia oscura nella distribuzione delle galassie nello spazio profondo.

Iniziamo con un indovinello: che cosa stiamo osservando nell’immagine (Figura 1)? Le luci che provengono dalla Terra. Sono tutte artificiali tranne quelle in alto a sinistra: l’aurora boreale. Ma il grosso della materia, la Terra, qui non si vede.

Questa immagine ci aiuta a immedesimarci nel fatto che la luce non necessariamente traccia la massa. In questo caso la maggior parte della materia risulta invisibile, potremmo definirla “oscura”, e la luce che vediamo non ci restituisce una buona mappa della distribuzione della massa sottostante.

Facciamoci la stessa domanda riguardo al cielo: quando guardiamo le stelle vediamo effettivamente la distribuzione della massa nell’Universo, oppure qualcosa che potrebbe essere scorrelato da ciò? In realtà, che ci sia una gran quantità di materia celeste radicalmente invisibile è un’idea antica.

Basti pensare al sistema tolemaico, che prevedeva l’esistenza di un enorme ingranaggio di sfere cristalline, a cominciare dal Primo Mobile, un sistema di notevole complessità che riusciva a dar ragione del moto osservato delle stelle e dei pianeti. Le sfere celesti, perfettamente trasparenti e quindi invisibili, erano contemplate anche nel sistema copernicano. In tali sfere si immaginava fossero incastonate le stelle e i pianeti: le sfere erano un substrato fisico sui generis, fatto di una materia diversa da quella terrestre, totalmente incorruttibile.

Rispetto alle conoscenze odierne, cosa possiamo dire della possibilità che esista materia invisibile, materia che non è osservabile in modi convenzionali?

Tutte le stelle che vediamo nel cielo a occhio nudo sono parte di un sistema stellare, la nostra Galassia, che contiene 200-250 miliardi di stelle (noi a occhio nudo ne vediamo solo qualche migliaio).

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Marco Bersanelli
(Dipartimento di Fisica. Università degli Studi di Milano)

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