Sapere Scienza

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La materia oscura? Potrebbe essere un superfluido

19 Giugno 2017

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 a scale più piccole.

 

Cos'è la materia oscura?

La materia oscura è un'ipotetica sostanza che è stata introdotta circa un secolo fa per spiegare lo sbilanciamento tra la quantità di materia che esiste l'universo e la gravità che tiene insieme le galassie. Non è possibile individuarla direttamente, ma i suoi effetti si percepiscono: i calcoli ci dicono che essa influenza il modo in cui ruotano le galassie e quello in cui la luce si piega mentre attraversa l'Universo. Ora, due fisici, Justin Khoury dell'Università della Pennsylvania e Lasha Berezhiani, attualmente all'Università di Princeton, hanno avanzato l'ipotesi che la materia oscura si comporti in modo totalmente diverso su grande e piccola scala, e per questo, finora, è stata tanto sfuggente.

 

La nuova teoria

Tradizionalmente, la materia oscura è concepita come costituita da particelle che interagiscono in modo debole e che sono influenzate dalla forza di gravità in modi che possiamo osservare su grandi scale. Una materia oscura di questo tipo potrà aiutarci a predire, per esempio, come si comporteranno grossi gruppi di galassie e si inserisce in quello che gli scienziati chiamano "il web cosmico", in cui si ammette che tutte le galassie siano collegate tra loro da filamenti invisibili di materia oscura.

Quando però si scende di scala e ci si porta al livello delle singole galassie, quando si esamina il modo in cui le stelle ruotano, in relazione al centro della galassia, le previsioni non funzionano più tanto bene. Nel nuovo studio, i due scienziati spiegano che questo potrebbe accadere perché la materia oscura, a livello della galassia individuale, assume uno stato superfluido.

 

La materia oscura è un superfluido?

I superfluidi sono una forma di materia fredda ed estremamente densa che non ha alcun attrito né viscosità e che talvolta può trasformarsi in un "condensato di Bose-Einstein", anche chiamato "quinto stato della materia".

Anche se i superfluidi sembrano un po' strani, stanno diventando di recente sempre più familiari agli scienziati, che stanno iniziando a ritenere che nell'Universo siano più comuni di quanto si pensi. Per esempio, di recente diversi scienziati hanno ipotizzato che questi si formino nelle condizioni estreme che si incontrano nello spazio, come nelle stelle di neutroni, e alcuni ritengono che lo spazio-tempo possa esso stesso essere un super-fluido. Quindi, sembrerebbe ragionevole che la materia oscura possa avere una fase di superfluido.

 

Ipotesi da verificare

L'idea introdotta nel nuovo studio presentato su arXiv è che all'interno delle galassie, la tensione gravitazionale e il freddo dello spazio fanno sì che la temperatura resti opportunamente bassa e che la materia oscura sia densamente "impacchettata" fino a mantenere uno stato di superfluido. La materia oscura circonda, come un alone, le singole galassie ma, a scala più ampia, tra una galassia e l'altra, non c'è più la tensione gravitazionale capace di mantenere lo stato di superfluido, ed ecco che si torna alla visione tradizionale.

Dunque, il nuovo studio ipotizza che la materia oscura superfluida potrebbe spiegare comportamenti anomali delle singole galassie che la gravità, da sola, non può spiegare.
I due scienziati si sono detti vicini a individuare degli esperimenti che possano dimostrare, in concreto, la loro ipotesi di materia oscura superfluida. E se i risultati di questi test daranno loro ragione, potremmo davvero essere molto vicini comprendere questo enorme mistero cosmico.

 

[Immagine: credit LIGO]

copertina   luglio-agosto 2017

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