Norma Sanchez
La materia oscura è una forma di materia invisibile ai nostri occhi e ai nostri strumenti, che però compone gran parte dell'universo. Abbiamo chiesto di parlarcene a Norma Sanchez, astrofisica all’Osservatorio di Parigi e direttrice della Scuola Internazionale di Astrofisica “Daniel Chalonge”. L’abbiamo incontrata a Parigi, nel corso del 14mo Colloquio di Cosmologia che si è tenuto dal 22 al 24 luglio 2010.
Siamo sicuri che la materia oscura esista davvero?
Sì, perché ci sono molte osservazioni astrofisiche - di galassie, di cluster di galassie (cioè raggruppamenti di galassie, ndr) e anche su scale più grandi – che concordano tutte su un fatto: la materia visibile, quella che compone le stelle, i pianeti e le polveri, non basta a spiegare la struttura dell'universo. Ci deve essere una massa mancante, che non vediamo direttamente ma che esercita la sua influenza attraverso la forza di gravità: questa è la materia oscura. La materia oscura si addensa soprattutto attorno alle galassie: ci sono galassie che sono composte interamente da materia oscura.
Che cos'è, allora, questa “materia oscura”?
Si pensa che sia composta di particelle, che però sono molto diverse da quelle che conosciamo. Finora si è ipotizzato che si trattasse di particelle dette Wimps (Weakly Interacting Massive Particle), molto più pesanti di quelle che compongono gli atomi (elettroni e nucleoni). Però, dopo più di vent'anni di ricerca, anche con esperimenti dedicati in diverse parti del mondo (per esempio negli Stati Uniti e in Italia), non è stata ancora trovata alcuna particella di questo tipo. Per di più, nel frattempo, le osservazioni delle galassie sono diventate più precise, e mostrano che le Wimps non rendono conto dei dati astronomici: se davvero esistessero, i centri delle galassie dovrebbero avere una struttura molto più articolata di quella che osserviamo.
Tutte queste circostanze portano a pensare che la materia oscura dovrebbe essere composta da particelle con massa dell'ordine di 1 keV, cioè circa cinquecento volte meno dell'elettrone. Con questa scelta, tutti i modelli per le galassie, e per le piccole strutture attorno alle galassie, producono esattamente quello che si osserva. Evidentemente questo è solo l'inizio: verranno modelli più raffinati. Ci stiamo lavorando.
Quali sono, allora, queste particelle?
A mio parere, il candidato più semplice è il “neutrino sterile”, che appartiene alla famiglia dei neutrini, particelle leggerissime che si muovono quasi alla velocità della luce.
Già quarant’anni fa, il fisico italiano Bruno Pontecorvo aveva ipotizzato che i neutrini potessero avere una piccola massa, come è stato poi dimostrato sperimentalmente. E il fatto che i neutrini hanno una massa si può spiegare teoricamente proprio ammettendo l’esistenza di un “neutrino sterile” (“sterile” perché interagirebbe molto poco con la materia, solo tramite la gravità e non tramite le forze nucleari deboli, come fanno gli altri neutrini, ndr) più pesante, che potrebbe avere una massa proprio dell’ordine di 1 keV, cioè quello che serve a spiegare le osservazioni sulla materia oscura. Al momento è solo un’ipotesi, ma è incoraggiante.