Sapere Scienza

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Dopo una pausa di due anni, a marzo riprenderà a funzionare il Large Hadron Collider (LHC) del CERN che, secondo quanto annunciato durante un incontro al meeting annuale dell'American Association for the Advancement of Science, potrebbe svelare misteri legati all'antimateria e alla materia oscura entro la fine dell'anno.

Da 80 anni, i fisici cercano di dimostrare, senza successo, che la materia oscura è costituita da particelle esotiche. Ora, un gruppo di ricercatori in Ohio suggerisce che questa potrebbe essere formata da qualcosa di molto più ordinario, con una massa compresa tra una palla da tennis e un pianeta nano e una densità uguale a quella di una stella di neutroni, secondo una teoria che si concilia bene con il Modello Standard.

Comprendere la reale natura dell’Universo in cui viviamo e come questo si sia evoluto dopo il Big Bang rimane uno dei principali scopi della fisica del nuovo millennio. Da che cosa è costituita la massa invisibile nello spazio che oggi identifichiamo con la materia oscura? Dove è finita poi l’antimateria prodotta, secondo le attuali leggi di simmetria, durante i primi istanti di vita del cosmo? A tutt’oggi due misteri irrisolti della scienza. A tale scopo un gruppo di scienziati, grazie all’esperimento AMS, dall’inglese Alpha Magnetic Spectrometer, si è posto l’obiettivo di risolvere l’apparente rompicapo.

Un team internazionale di scienziati, guidato da un gruppo di astrofisici della Durham University, ha osservato una galassia con una sorta di strascico di materia oscura. Questo attardarsi della materia oscura è il primo potenziale segno di una sua possibile interazione con una forza diversa da quella di gravità.

Gli scienziati sono impegnati da tempo nella caccia alla materia oscura, una misteriosa sostanza che si pensa permei l'intero Universo e che manifesta la sua presenza solo attraverso i suoi effetti (in particolare, la spinta gravitazionale). I modelli dell'Universo attualmente disponibili ci dicono inoltre che la materia ordinaria che abbiamo osservato finora è circa la metà di quella che dovrebbe esistere: la metà che non vediamo è la materia oscura. Due team sembrano essre riusciti, separatamente, a trovare questa materia fatta di particelle chiamate "barioni" e che in teoria potrebbe essere localizzata in strutture filiformi che legano insieme alcune galassie attraverso filamenti di gas molto caldo. "Il problema del barione mancante è risolto" afferma con sicurezza Hideki Tanimura, dell'Istituto di Astrofisica Spaziale di Orsay, Francia, a capo di uno dei gruppi di ricerca. L'altro gruppo, invece, è quello di Anna de Graaff, dell'Università di Edinburgo, Regno Unito.

 

L'effetto Sunyaev-Zel’dovich

Poiché questo gas che si ipotizza congiunga le galassie è estremamente tenue e non abbastanza caldo per essere avvistato dai telescopi a raggi X, non era mai stato osservato prima da nessuno. Finora, dunque, la sua esistenza è stata una pura ipotesi speculativa. I due gruppi, per riuscire a dimostrare che i filamenti di gas congiungono davvero le galassie, hanno sfruttato un fenomeno noto come "effetto Sunyaev-Zel’dovich" che si verifica quando una luce antica, che risale al Big Bang, passa attraverso questo caldo gas. Man mano che la luce primordiale viaggia, alcuni elettroni si perdono nel gas, lasciando una particolare traccia nella radiazione cosmica di fondo.

 

Le coppie di galassie

I team hanno selezionato coppie di galassie dallo Sloan Digital Sky Survey che ci si aspetta siano connesse da filamenti di barioni e, sfruttando le rilevazioni del satellite Planck relative a queste coppie e alla radiazione cosmica di fondo, gli scienziati avrebbero trovato prove della loro esistenza. In particolare, il team di Tanimura ha analizzato 260 mila coppie di galassie e quello di de Graaff è arrivato a un milione di coppie. Il gruppo di Tanimura ha scoperto che questi filamenti di gas erano tre volte più densi della media della materia "normale" dell'Universo e quello di de Graaff ha trovato che erano sei volte più densi, il che porta a concludere che il gas, in determinate aree, può essere effettivamente denso abbastanza da formare filamenti. Le differenze nella densità, secondo Tanimura, sono consistenti col fatto che i gruppi sono andati alla ricerca di filamenti a diverse distanze. Gli articoli sono stati pubblicati su arXiv.

Gli astronomi hanno studiato il comportamento della materia oscura negli ammassi di galassie quando queste si scontrano tra loro. I risultati hanno mostrato che la materia oscura interagisce con se stessa ancora meno di quanto si pensasse, il che restringe il campo delle ipotesi sulla sua composizione.

La materia oscura, che è ancora un mistero sebbene si pensi che costituisca l'85 per cento dell'Universo, potrebbe essere così sfuggente perche cambia la sua forma: particelle "fantasma" nelle grandi strutture dell'Universo ma superfluido in scale più piccole.

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