Alla ricerca della materia oscura

Tutti la cercano, nessuno l'ha vista: eppure è cinque volte più abbondante (26,8%) dell'universo di atomi (4,9%) che credevamo di conoscere fino agli anni '30 del Novecento. Ecco cosa è utile conoscere per seguire la caccia al tesoro scientifica più appassionante che ci sia.

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La materia oscura si manifesta attraverso i suoi effetti gravitazionali: non la vediamo direttamente. Se non ci fosse non esisterebbero le galassie così come le conosciamo, le stelle vagherebbero per lo spazio e probabilmente non esisteremmo nemmeno noi.
 
È cinque volte più abbondante della materia ordinaria: non si "vede", ma se non ci fosse non ci sarebbero i suoi effetti gravitazionali. La sua natura è ignota, ma gli scienziati ritengono di essere vicini a una svolta per comprenderla: ecco la storia in cinque capitoli di questa caccia al tesoro scientifica.
 
Nell'immagine: mappa 3D della distribuzione di materia oscura, elaborata su misure del telescopio Hubble sulla distorsione gravitazionale debole (weak gravitational lensing), un metodo che permette di dedurre la massa di oggetti astronomici senza conoscere la loro composizione o il loro stato dinamico.

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L'idea di una materia oscura (invisibile e di natura ignota) comincia a fare capolino nei calcoli degli scienziati nel 1933, quando l'astronomo Fritz Zwicky si rende conto che la forza di gravità esercitata dalla materia visibile negli ammassi galattici della Chioma e della Vergine non è sufficiente a tenerli insieme. Doveva quindi esserci qualcos'altro, qualcosa di non visibile ma in grado di esercitare l'attrazione gravitazionale "mancante" per fare quadrare i conti.
 
Nella foto: l'ammasso di galassie Abell 520, nella costellazione di Orione, è un mistero nel mistero. In base ai calcoli, in questa zona dell'Universo la materia oscura sarebbe concentrata nelle aree meno "popolate" di galassie, in contrasto con le nostre attuali conoscenze.

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Lo strumento dal quale potrebbe arrivare una risposta sulla natura materia oscura è l'LHC di Ginevra, che attualmente è l'acceleratore di particelle più grande e potente del mondo.
 
Qui gli scienziati sperano di individuare le WIMP (Weakly Interacting Massive Particle), principali candidate a spiegare la materia oscura non-barionica (ossia composta da materia differente da quella abituale, barionica). Le WIMP sarebbero (ipotetiche) particelle dotate di massa che interagiscono con la materia normale solo tramite la gravità e la forza nucleare debole.

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La caccia alla materia oscura viene effettuata anche per via indiretta, per esempio studiandone gli effetti collaterali. Diversi esperimenti stanno cercando di osservare, in superficie e sottoterra, scontri tra WIMP e materia ordinaria.
 
Nella foto, IceCube: il gigantesco rivelatore di neutrini costruito in Antartide dai ricercatori dell'università del Winsconsin, composto da una miriade di sensori annegati in 1 km cubo di ghiaccio.

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Gli scienziati cercano la materia oscura anche osservando i suoi effetti diretti, per esempio come la sua gravità sia in grado di deviare la luce, come in un grande prisma cosmico.
 
Un team di ricercatori del National Astronomical Observatory, in Giappone, sta analizzando queste deformazioni ottiche per creare la prima mappa della materia oscura, che dovrebbe essere completata entro il 2019 e che mostrerà come è distribuita la nell'Universo e con quale densità.
 
Nell'immagine: prime indicazioni sulla distribuzione della materia oscura in un piccolo arco di volta celeste, pubblicate dai ricercatori giapponesi all'inizio di luglio.

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L'individuazione della materia oscura sarà comunque solo un primo passo verso la comprensione di come funziona l'Universo. Secondo gli scienziati la combinazione di materia ordinaria e materia oscura riesce infatti a spiegare solo un 30% di ciò che c'è là fuori, nello spazio. Che cos'è il resto?
 
Potrebbe essere energia oscura, una forma di energia non direttamente rilevabile e sulla quale sappiamo ancora meno che sulla materia oscura. Sarà questa la prossima caccia al tesoro scientifica.
 
Nell'immagine: in questa elaborazione della NASA l'energia oscura è rappresentata dalla griglia viola e la gravità (con effetti evidenti ma localizzati) dalla griglia verde.

La materia oscura si manifesta attraverso i suoi effetti gravitazionali: non la vediamo direttamente. Se non ci fosse non esisterebbero le galassie così come le conosciamo, le stelle vagherebbero per lo spazio e probabilmente non esisteremmo nemmeno noi.
 
È cinque volte più abbondante della materia ordinaria: non si "vede", ma se non ci fosse non ci sarebbero i suoi effetti gravitazionali. La sua natura è ignota, ma gli scienziati ritengono di essere vicini a una svolta per comprenderla: ecco la storia in cinque capitoli di questa caccia al tesoro scientifica.
 
Nell'immagine: mappa 3D della distribuzione di materia oscura, elaborata su misure del telescopio Hubble sulla distorsione gravitazionale debole (weak gravitational lensing), un metodo che permette di dedurre la massa di oggetti astronomici senza conoscere la loro composizione o il loro stato dinamico.