Se due orologi perfettamente sincronizzati fossero stati messi, quando la Terra si è formata, uno nel cuore del pianeta e uno sulla sua superficie, oggi segnerebbero date differenti: quello al centro della Terra sarebbe di 2 anni e mezzo più indietro. Il nucleo del nostro pianeta è dunque di 2,5 anni più giovane della crosta.
Sembra l'ennesimo paradosso della fisica, e invece è una realtà provata, diretta conseguenza degli effetti della gravità, e descritta dalla Relatività Generale di Albert Einstein: la posizione all’interno di un campo gravitazionale modifica la velocità relativa del tempo. Un'idea e un fatto completamente controintuitivi, e tuttavia dimostrati sperimentalmente anche grazie agli orologi atomici dei satelliti GPS - benché in questo caso le differenze rilevate con gli orologi a Terra sono nell’ordine dei secondi, non di anni.
L'errore di Feynman. Nel 1960 il noto fisico e premio Nobel (nel 1965) Richard Feynman aveva ipotizzato che la differenza di tempo tra il nucleo terrestre e la superficie, dagli inizi della storia della Terra ad oggi, doveva essere di 1 o 2 giorni. In molti hanno dato credito a questo risultato, altri erano scettici, altri ancora lo contestavano apertamente - vista l’esigua differenza su un lasso di tempo così lungo.
Successivamente il fisico Ulrik Uggerhøj (università di Aarhus, Danimarca) ha voluto verificare la questione, anche perché pare che in un appunto separato Feynman abbia scritto anni, non giorni.
Uggerhøj ha perciò applicato le equazioni della Relatività utilizzando la differenza di potenziale gravitazionale tra il centro della Terra e la superficie, scoprendo che la dilatazione del tempo è di circa
3 x 0,0000000001 (ossia 3x10^-10) per secondo
un valore piccolissimo, ma che moltiplicato per tutti i secondi di 4,5 miliardi di anni porta a una differenza di 2,5 anni.
E nel Sole? «Ovviamente è un calcolo teorico: non possiamo mandare nessuno al centro della Terra per verificare la realtà, ma finora non siamo mai stati traditi dalla Relatività», ha commentato Uggerhøj, che ha fatto lo stesso calcolo anche per il Sole: «Considerata l'enorme massa della nostra stella, i calcoli suggeriscono che tra il centro - più giovane - e la superficie del Sole ci sia oggi una differenza di età di ben 40.000 anni!».
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.
Foto: © NASA/ESA/Richard Massey (California Institute of Technology)
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.
Foto: © NASA
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.
Foto: © University of Wisconsin
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.
Foto: © National Astronomical observatory
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.
