Insieme compongono il 96% dell’universo, ma non possono essere misurate direttamente. Ecco che differenze ci sono fra l’energia e la materia oscura e perché sono così importanti.

Atomi e molecole sono solo una piccola parte della composizione dell’universo. Solo negli ultimi decenni si è scoperto, infatti, che c’è una gran quantità di materia invisibile ai nostri occhi che occupa gran parte del cosmo che ci circonda. Gli scienziati la chiamano materia oscura e una delle sue caratteristiche è quella di far restringere il cosmo per effetto della gravità. Al contrario, l’energia oscura tende a farlo espandere sempre più velocemente. In questo articolo cercheremo di fare chiarezza su due degli argomenti più affascinanti dell’astronomia: energia e materia oscura. Venite con noi.

Galassie
Un ammasso di galassie fotografato dal telescopio spaziale Hubble. Credit: NASA, ESA, and D. Coe (JPL/Caltech and STScl)

La materia oscura, spiegata

In una conferenza su Ted di alcuni anni fa, la fisica Patricia Burchat ha spiegato in modo semplice e chiaro che differenze ci sono fra questi due elementi dell’universo. Tra le altre cose ha detto che la materia ordinaria (pianeti, stelle, galassie) occupa solo una piccola parte del totale dell’universo. Quasi un quarto di tutta la materia è costituito da una sostanza invisibile, nel senso che non assorbe lo spettro elettromagnetico. Non riflette, insomma. Né interagisce in alcun modo. Ma come sappiamo che c’è?

La maggior parte delle stelle di una galassia sono concentrate nel suo centro. La loro massa ne tiene in orbita tante altre: è facile capire che le stelle più vicine al centro galattico si muovano più velocemente, rispetto a quelle che orbitano all’esterno. Invece quando andiamo a fare i calcoli scopriamo che la velocità rimane praticamente costante al crescere della distanza. E se è costante significa che le stelle all’esterno risentono di forze gravitazionali generate da materia che non vediamo. In realtà è quell’enorme nuvola di materia a dominare la struttura e le dinamiche della galassia.

Le galassie, poi, tendono a formare ammassi. Misurando le velocità orbitali di queste galassie possiamo calcolarne la massa. Ebbene, c’è molta più massa di quanta potremmo giustificarne con le galassie che vediamo. A conti fatti sembra che ci sia una massa 10 volte maggiore sotto forma di materia oscura invisibile alla luce. In sostanza: la prova del fatto che un quarto dell’universo sia materia oscura è che la velocità con cui le stelle orbitano attorno alle galassie è troppo alta. Così come la velocità con cui le galassie orbitano negli ammassi. Gli effetti li vediamo tramite le distorsioni della luce di queste galassie, che arriva fino a noi: è l’effetto da lente gravitazionale che ci conferma che tali ammassi sono avvolti da materia oscura.

L’energia oscura, spiegata

Per capire l’energia oscura dobbiamo tornare al concetto di espansione dell’universo. Grazie alle osservazioni di Edwin Hubble sappiamo che le galassie si allontanano sempre più velocemente. E non lo fanno perché si muovono in autonomia su una spazio immobile, ma perché è lo spazio stesso che si sta espandendo. La cosa stupefacente è che poco più di dieci anni fa un gruppo di astronomi ha misurato la velocità con cui l’universo si espandeva. Un po’ a sorpresa, ha scoperto che lo spazio si espande più rapidamente rispetto a un miliardo di anni fa, nonostante la presenza di materia oscura che crea attrazione gravitazionale (e ne rallenta quindi l’espansione).

È successo esattamente l’opposto di quello che ci si aspettava. E non esiste nessuna teoria scientifica che ne giustifichi il motivo. Serviva qualcosa per spiegarlo. Si è quindi deciso di rappresentare questo fenomeno con una forma di energia, completamente diversa rispetto a tutte quelle che conosciamo. La chiamiamo energia oscura ed è la causa dell’espansione dello spazio.

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