Un nuovo studio ha calcolato come la gravità della materia oscura, che influenza tutto ciò che si trova nel sistema solare, interagisca con la materia ordinaria e proponendo un esperimento per rilevarla direttamente.

Le immagini della Via Lattea mostrano miliardi di stelle disposte a spirale che si irradiano dal centro, con gas illuminato nel mezzo. Ma i nostri occhi possono solo intravedere una parte superficiale di ciò che tiene unita la nostra galassia poiché circa il 95% della massa della nostra galassia è invisibile e non interagisce con la luce. È fatto di una misteriosa sostanza chiamata materia oscura (in inglese dark matter), di cui ne vediamo gli effetti della gravità ma che non è mai stata misurata direttamente.

Un nuovo studio, pubblicato sulla Royal Astronomical Society, ha calcolato in che modo la gravità della materia oscura influenzi gli oggetti nel nostro sistema solare, compresi i veicoli spaziali e le comete più distanti. E viene proposto anche un modo in cui la sua influenza potrebbe essere osservata direttamente con un esperimento futuro. 

Via Lattea rappresentazione
Rappresentazione della Via Lattea. Credit: NASA

La Materia Oscura nel nostro vicinato

Qui sulla Terra, la gravità del nostro pianeta ci impedisce di volare fuori dalle nostre sedie e la gravità del Sole mantiene il nostro pianeta in un’orbita che si completa in 365 giorni. Ma più lontano dal Sole un ipotetico veicolo spaziale, sentendo meno la gravità del Sole, avvertirebbe una diversa fonte di gravità: quella della materia dal resto della galassia, che è principalmente materia oscura. La massa dei 100 miliardi di stelle della nostra galassia è infatti minuscola rispetto alle stime del contenuto di materia oscura della Via Lattea.

Per comprendere l’influenza della materia oscura nel sistema solare, gli autori hanno calcolato la “forza galattica”, ovvero la forza gravitazionale complessiva della materia normale combinata con la dark matter dell’intera galassia. Si è così scoperto che nel sistema solare circa il 45% di questa forza proviene dalla materia oscura e il 55% da quella normale, la cosiddetta “materia barionica”. Ciò indica una divisione di circa metà e metà tra la massa della materia oscura e la materia normale nel sistema solare e suggerisce che la maggior parte della dark matter si trova nelle parti esterne della nostra galassia, lontano dal nostro sistema solare.

Universo
L’universo è finito o infinito? Credit: Guillermo Ferla (unsplash)

Una vasta regione chiamata “alone di materia oscura” circonda la Via Lattea e rappresenta la più grande concentrazione di materia oscura della nostra galassia.

E all’interno di questo alone c’è pochissima materia barionica, se non addirittura assente.

Secondo gli autori, se il sistema solare si trovasse a una distanza maggiore dal centro della galassia, risentirebbe degli effetti di una proporzione maggiore di materia oscura nella forza galattica perché sarebbe più vicino all’alone di materia oscura.

L’influenza della Dark Matter

I ricercatori sostengono inoltre che la gravità della dark matter interagisca leggermente con tutte le sonde spaziali che la NASA ha inviato sulle rotte che le stanno portando fuori dal sistema solare.

Se i veicoli spaziali si muovono attraverso essa abbastanza a lungo, le loro traiettorie si modificano, e questo è un particolare importante da tenere in considerazione per la pianificazione di missioni future.

Tali veicoli spaziali possono includere le sonde Pioneer 10 e 11 lanciate rispettivamente nel 1972 e nel 1973, le sonde Voyager 1 e 2 che sono in funzione da più di 40 anni e sono entrate nello spazio interstellare e la navicella spaziale New Horizons che ha sorvolato Plutone e successivamente Arrokoth continuando la sua crociera nella fascia di Kuiper.

Ma si tratta di un piccolo effetto.

Dopo aver percorso miliardi di miglia, la rotta di un veicolo spaziale come la Pioneer 10 subirebbe la minima deviazione di 1,6 metri a causa dell’influenza della materia oscura, talmente piccola da non poter essere misurata.

Però a una certa distanza dal Sole, la forza galattica diventa più potente dell’attrazione del Sole, che è fatta di sola materia barionica. I ricercatori hanno calcolato che questa transizione avviene a circa 30.000 unità astronomiche, ovvero 30.000 volte la distanza dalla Terra al Sole. Questo è ben oltre la distanza di Plutone, ma è ancora all’interno della Nube di Oort, uno sciame di milioni di comete che circonda il sistema solare e si estende per 100.000 unità astronomiche.

Andromeda
La Galassia di Andromeda. Credit: NASA/HST

Ciò significa che la gravità della materia oscura potrebbe aver avuto un ruolo nella traiettoria di oggetti come Oumuamua , l’oggetto a forma di sigaro proveniente da un altro sistema stellare che è transitato attraverso il sistema solare interno nel 2017. La sua velocità insolitamente elevata potrebbe essere spiegata dalla gravità della dark matter che lo ha spinto per milioni di anni, affermano gli autori.

Se c’è un pianeta gigante nella parte più esterna del sistema solare, un ipotetico oggetto chiamato Pianeta 9 o Pianeta X che gli scienziati hanno cercato negli ultimi anni, la dark matter avrebbe un’influenza anche sulla sua orbita. Se questo pianeta esiste, la materia oscura potrebbe forse anche allontanarlo dall’area in cui gli scienziati lo stanno attualmente cercando.

E la materia oscura potrebbe anche aver causato la fuga dall’orbita del Sole di alcune delle comete della Nube di Oort.

Si può misurare la Materia Oscura a noi vicina?

Per misurare gli effetti della materia oscura nel sistema solare, un veicolo spaziale non dovrebbe necessariamente viaggiare molto lontano. A una distanza di 100 unità astronomiche, un veicolo spaziale con a bordo la giusta strumentazione potrebbe aiutare gli astronomi a misurare direttamente l’influenza della materia oscura, sostengono i ricercatori.

In particolare, un veicolo spaziale dotato di generatore a radioisotopi (o RPG), una tecnologia che ha permesso a Pioneer 10 e 11, ai Voyager e a New Horizon di volare molto lontano dal Sole, potrebbe essere in grado di effettuare questa misurazione.

Sarebbe necessario trasportare una palla riflettente e lasciarla nello spazio a una distanza sufficiente da non subire più la forza di gravità del Sole.

Jovis Tholus su Marte
Veduta aerea del vulcano Jovis Tholus. Credit: ESA/DLR/FU Berlin

La palla percepirebbe solo le forze galattiche, mentre il veicolo spaziale sperimenterebbe anche la forza termica proveniente dall’elemento radioattivo in decadimento nel suo sistema di alimentazione, oltre alla forza galattica. Sottraendo quindi la forza termica, i ricercatori potrebbero osservare come la forza galattica si relaziona alle deviazioni nelle rispettive traiettorie della sfera e del veicolo spaziale.

Tali deviazioni verrebbero misurate da Terra con un laser mentre i due oggetti volano paralleli l’uno all’altro.

C’è una proposta di missione, chiamata Interstellar Probe, che mira a viaggiare a circa 500 unità astronomiche dal Sole per studiare quell’ambiente inesplorato, e potrebbe rappresentare l’occasione per svolgere questo esperimento di rilevazione.

Riferimenti:

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