Gli scienziati continuano a interrogarsi materia oscura. Le questioni aperte in realtà sono molte: la prima, e la più importante, riguarda la sua effettiva esistenza – perché al momento non abbiamo ancora potuto osservarla direttamente – e le altre, in ordine sparso, Bisogno della sua esistenza, della sua natura, del suo comportamento, delle sue interazioni con tutto il resto. Domande le cui risposte sono, in realtà, ancora oscure, o se si vuole ipotetiche, e soprattutto ancora suscettibili di rivolgimenti: sulla base di un’audace riformulazione del teoria della gravità, ad esempio, lo scorso marzo due scienziati hanno dedotto che forse l’Universo potrebbe non aver bisogno della materia oscura per esistere mentre lo osserviamo; e oggi un altro lavoro, appena pubblicato su Avvisi mensili della Royal Astronomical Society da Riccardo Lieufisico a Università dell’Alabama a Huntsville (Wow), arriva a conclusioni più o meno simili seguendo un percorso leggermente diverso. Lieu lavorò anche sulla gravità, dimostrando matematicamente che quest’ultima potrebbe esistere anche in assenza di massa (sembra un’eresia, ma i calcoli dello scienziato tornano) il che, tra l’altro, escluderebbe la presenza di materia oscura nell’Universo.
Perché la materia oscura è (sarebbe) necessaria
Il fatto che al momento i modelli cosmologici più accreditati “contengano” anche materia oscura è legato a risultati sperimentali che solo con questo presupposto si possono spiegare. Tutto inizia con il cosiddetto Modello standard della fisica delle particelle, un quadro teorico che descrive la natura e il comportamento della materia ordinaria (cioè la materia non oscura, per intenderci): questo modello è al momento il più solido e verificato sperimentalmente per rappresentare il mondo che ci circonda e fare previsioni accurate sulle fenomeni. Ma non è ancora perfetto: nel corso dell’ultimo secolo, infatti, astronomi e cosmologi hanno cominciato ad accumulare diverse osservazioni sperimentali, legate soprattutto a fenomeni legati alla gravità, che non potevano essere spiegati né previsti dal Modello Standard. Tra questi, ad esempio, l’ velocità di rotazione di stelle e galassie, alcune caratteristiche di radiazione cosmica di fondo e la curvatura della luce dovuta al cosiddetto lenti gravitazionali.
Se consideriamo solo le particelle di materia ordinariaIn effetti, questi fenomeni sono inspiegabili. Per questo motivo, già nel 1932, l’astronomo olandese Jan Oort proponeva la presenza di un altro tipo di materia – la materia oscura, appunto – con cui conciliare osservazioni sperimentali e modelli teorici. Il problema, come abbiamo accennato, è questo al momento questo tipo di materia non è mai stata osservata direttamente, e non abbiamo ancora un’idea precisa di quali dovrebbero essere le sue caratteristiche. L’ipotesi di Oort, poi affinata nei decenni successivi, è che la materia oscura interagisca con la materia ordinaria tramite la gravità; Secondo le stime attuali, questa entità sfuggente rappresenta in realtà la maggior parte dell’Universo: circa l’85% di tutta la materia esistente e circa il 27% della massa totale.
Difetti dell’Universo
“La mia ispirazione” Lieu spiega”nasce dalla ricerca di una soluzione alternativa alle equazioni del campo gravitazionale di relatività generale di Albert Einstein, la cui versione semplificata, applicabile al comportamento delle stelle, delle galassie e degli ammassi di galassie, è nota come Equazione di Poisson, secondo il quale una forza gravitazionale diversa da zero può esistere anche in assenza di massa rilevabile. Ma non solo: ero spinto anche dalla frustrazione per la difficoltà di trovare prove dirette dell’esistenza della materia oscura”. Nell’idea di Lieu, la materia (cioè la gravità) “necessaria” per tenere insieme le galassie o gli ammassi di galassie non avrebbe nulla a che fare con l’ipotetica materia oscura, ma potrebbe essere dovuta a quella che lui chiama “difetti topologici simili a ‘conchiglie’ presenti in strutture comunemente presenti in tutto il cosmo e probabilmente create nei primi istanti di vita dell’Universo”durante un cosiddetto Transizione di fase cosmologicacioè un processo fisico in cui cambia lo stato generale della materia in tutto l’Universo (un esempio di transizione di fase è il congelamento dell’acqua liquida, che passa allo stato solido: immaginate un fenomeno simile ma esteso all’intero Universo).
Gusci di massa zero
In parole più semplici, l’ipotesi di Lieu è che nei primi (turbolenti) momenti di vita dell’Universo si crei una sorta di increspatureO pieghe – come chiamano gli scienziati “difetti topologici” –, cioè regioni in cui si sono accumulate enormi quantità di materia. “Al momento – continua lo scienziato – Tuttavia non è ancora chiaro quale tipo di transizione di fase cosmologica possa dar luogo a difetti topologici di questo tipo. Si tratta di regioni dello spazio molto compatte e con un’altissima densità di materia, che solitamente si presentano come strutture lineari, le cosiddette stringhe cosmiche; ma sono possibili anche strutture di diverso tipo, ad esempio gusci bidimensionali. Nel mio lavoro ho esaminato, appunto, gusci sferici costituiti da uno strato interno di massa positiva e da un sottile strato esterno di massa negativa, in modo che il massa totale della shell è esattamente zero. Quando una stella ‘bugie’ su uno di questi gusci, nonostante la massa (netta) sia zero, in realtà subisce una forza gravitazionale che lo attira verso il centro”..
Addio materia oscura?
Se il modello di Lieu fosse corretto, ciò potrebbe avere la conseguenza che la materia oscura non sarebbe più “necessaria” come si credeva in precedenza. Ma è ancora molto presto per accantonare i modelli della materia oscura – che al momento restano ancora i più accreditati – perché il modello appena formulato è ancora incompleto: Lieu non dice nulla, ad esempio, su COME queste strutture dovrebbero formarsi semplicemente osservando ciò se esistessero potrebbe effettivamente dar luogo al comportamento descritto. Lo scienziato lo sa bene: “Naturalmente” conclude”la mia ipotesi, per quanto suggestiva, non è di per sé sufficiente a screditare l’esistenza della materia oscura. Nella migliore delle ipotesi [sic] potrebbe essere un interessante esercizio matematico. Ma è pur sempre la prima prova che la gravità può effettivamente esistere anche senza massa”..
