Se l’Universo fosse un piatto di paella

La Via Lattea conta più di 100 miliardi di stelle, ed è solo una delle 2 mila miliardi e più di Galassie che si stima ci siano nel nostro Universo. E non finisce qua

La nostra Galassia, la Via Lattea, conta più di 100 miliardi di stelle, ed è solo una delle 2 mila miliardi e più di Galassie che si stima ci siano nel nostro Universo, ognuna con un numero di stelle circa paragonabile a quello contenuto nella nostra. Si ottiene così un numero di stelle pari a circa 70 milioni di milioni di miliardi di stelle, 7 seguito da 23 zeri, 700000000000000000000000 di stelle! Avete più o meno idea di che numero stiamo parlando?

Nel caso non lo siate (e vi capisco) immaginatevi in una bella spiaggia caraibica, di quelle con sa sabbia finissima. Immaginate di averne un pugno pieno e provate a capire quanti granelli avete in mano. Ora provate a immaginare quanti granelli possono esserci in tutta la spiaggia… ci riuscite? Se si, poi considerate che quella è solo una spiaggia, per cui provate a farvi un’idea della quantità di granelli contenuti in TUTTE le spiagge sparse su TUTTO il pianeta. Bene, questa quantità… è circa un decimo del numero che vi ho dato prima: il numero di stelle nell’universo osservabile.

Ma c’è di più, e questo di più è mostrato in figura

Tutta questa miriade di stelle, che nascono, evolvono, muoiono, formano galassie, supernovae, nane bianche, stelle di neutroni e buchi neri… tutta questa materia che ci sembra infinita non è altro che lo 0.5% dell’intero universo… ed è dove la grandissima maggioranza delle nostre conoscenze si concentra! Circa 10 volte in più di tutta questa moltitudine, è disperso tra una galassia e l’altra sotto forma di mezzo intergalattico, che sommandosi alla materia delle stelle forma il 4.9% dell’intero budget di materia che si stimi sia contenuta nel cosmo. E tutto il resto?

Stando al migliore modello cosmologico di cui disponiamo oggi, il Big Bang, e alla migliore teoria della gravità (soprattutto ampiamente dimostrata dal punto di vista osservativo), ovvero la Relatività Generale… ci DEVE essere molta più materia di quella visibile nell’Universo, circa 5 volte di più (il 26.8 % del totale per la precisione), per poter spiegare molte osservazioni che appaiono contradditorie, come la distribuzione delle velocità negli ammassi di galassie o le famose curve di rotazione delle galassie a spirale. In sintesi… 4.9% di materia barionica, 26.8% di materia oscura e il restante 68.3% di energia oscura, questa è la composizione del nostro Universo stando ai risultati della missione “Planck Surveyor”, la quale ha analizzato nuovamente l’ “eco del Big Bang”, ovvero il fondo cosmico nelle microonde (“Cosmic Microwave Background, CMB) aggiornando così i risultati della precedente missione “WMAP”.

Sembra quasi una lista di ingredienti per la preparazione di chissà quale pietanza, e in effetti questo è ciò che ha spinto il Prof. Roberto A. Lineros a comporre questa immagine, paragonando il nostro universo a un buon piatto di Paella Ho detto che “ci DEVE” essere… tutto nell’ottica delle teorie di cui disponiamo: è verissimo che ci sono dei tentativi di teorie alternative, sia per quanto riguarda il modello cosmologico che riguardo la descrizione della gravita`. Ma se alcune di queste teorie riescono a descrivere qualche aspetto interessante dell’Universo senza la materia oscura… ne lasciano inspiegati molti di più che invece trovano una naturale interpretazione nel Big Bang e nella Relatività: insomma, mettono una toppa per aprire altre nuove voragini altrove.

Ma da cosa può essere composta questa materia oscura?

Nessuna delle particelle del cosiddetto modello standard sembra essere adatto, uno dei motivi che ha spinto i fisici teorici nell’elaborazione della così detta “Supersimmetria” ed esplorazione di possibili nuove particelle OLTRE il noto modello standard. Quest’ultimo passo oltre ciò che ci è più noto potrebbe sembrare un azzardo, eppure abbiamo molti esempi storici in cui tale passo è stato fatto con successo. Un esempio è dato dal famoso neutrino, una particella neutra estremamente leggera che interagisce debolmente con la materia (ogni centimetro quadrato del nostro corpo è attraversato da circa 60 miliardi di neutrini al secondo provenienti dal Sole, un vero e proprio bombardamento! Eppure non ce ne accorgiamo…), introdotta negli anni ’30 da Wolfgang Pauli per spiegare la conservazione di energia nel decadimento beta (processo di decadimento dei nuclei radioattivi poi descritto nella sua completezza successivamente da Enrico Fermi).

Queste particelle sono estremamente importanti in Astrofisica, essendo emesse in grandi quantità durante le reazioni nucleari dentro le stelle, fornendoci grandi informazioni altrimenti inaccessibili di cosa avviene dentro di esse ben al di sotto della fotosfera che possiamo vedere. E per essere in grado di fare ciò, dobbiamo essere sicuri di conoscere ogni aspetto di questi neutrini… ad esempio la loro tendenza ad “oscillare”, ovvero di cambiare il loro “sapore” (termine col quale si intendono un insieme di proprietà intrinseche della particella) durante il loro percorso dalla sorgente fino al rilevatore (o oltre): questa oscillazione non potrebbe avvenire se il neutrino non avesse massa…. ma questa massa NON è prevista dal modello standard! Ragione per cui ci deve essere qualcos’atro, qualcosa “oltre”…

Non solo la nucleosintesi stellare

Ma non c’è solo la nucleosintesi stellare a mandarci neutrini: un processo molto simile che prevede anch’esso l’innesco di reazioni nucleari, è avvenuto anche nei primi minuti di vita del nostro universo, un processo noto come “nucleosintesi primordiale”, che ha generato la sintesi degli elementi più leggeri a noi noti: Idrogeno, Elio e Litio. Quei momenti sono per ora quasi del tutto inaccessibili agli astrofisici dal punto di vista osservativo (abbiamo solo evidenze indirette, osservando l’attuale abbondanza di Idrogeno, Elio e Litio nel cosmo, la cui origine è data per essere cosmologica), dato che tramite le onde elettromagnetiche possiamo spingerci “solo” fino a 300 mila anni dopo l’inizio del tutto, tramite la famosa CMB appunto.

Considerando però che queste reazioni devono aver emesso qualche neutrino… oltre alla CMB ci si aspetta tutt’oggi la presenza di un altro sottofondo, un sottofondo di neutrini, la cui rilevazione potrebbe aprirci molte porte sulla comprensione non solo delle origini, ma di tutta la storia dell’universo che conosciamo fino ai giorni nostri, materia oscura (o chi per essa) compresa E a ben vedere… viviamo nell’epoca dell’Astronomia multi-canale, dove non solo la luce e le onde elettromagnetiche… ma anche neutrini e onde gravitazionali hanno davvero molto dirci. E il loro racconto è appena iniziato.

Riferimenti:

Conselice CJ, Wilkinson A, Duncan K, Mortlock A (2016) The evolution of galaxy number density at 𝑧<8 and its implications. Astrophys J 830:83. doi:10.3847/0004-637X/830/2/83