La Materia Oscura

 

Nel 1665 Isaac Newton definì la celeberrima legge di gravitazione universale, che osserva

come la forza di attrazione di due corpi sia proporzionale alla massa dei due corpi e

inversamente proporzionale alla loro distanza. Che vuol dire? Significa che maggiore sarà la

massa dei due corpi, maggiore la loro forza d'attrazione, maggiore la distanza, minore la

forza. La formula esatta di questa legge (che riportiamo per i più curiosi e appassionati) è la

seguente: F = G (m M/ r² )

Spieghiamo quindi la formula. F sarebbe la forza di gravità, quindi il risultato del calcolo; G

è la costante di Newton, che ha un valore che non cambia mai (per questo si chiama

costante); m e M sono rispettivamente la massa del corpo con la massa minore e la massa

del corpo con la massa maggiore; r² la distanza al quadrato. Quindi questa legge è sempre

corretta? In realtà no. Come abbiamo visto nella legge di gravitazione universale, la forza di

attrazione diminuisce con la distanza. E così è anche per le orbite. La velocità di un corpo

orbitante diminuisce infatti con la distanza dal corpo attorno a cui orbita. Ma se adesso

osservassimo alcune stelle della galassia di Andromeda molto lontane dal centro della

galassia, noteremmo che la loro velocità è incredibilmente maggiore rispetto a quanto

risulterebbe dai calcoli fatti in base alla legge di gravitazione universale.

Da questa osservazione partì l'ipotesi dell'esistenza di una materia invisibile: la materia

oscura. Come ci aiuterebbe la materia oscura a far quadrare i nostri calcoli? Se una materia

oscura fosse presente, avesse una massa molto più grande rispetto alla galassia di

Andromeda e si espandesse ben oltre quest'ultima, la velocità delle stelle, per effetto della

gravità esercitata dalla materia oscura, diminuirebbe soltanto di poco allontanandosi, come

effettivamente è. Ma da cosa è composta la materia oscura? Innanzitutto disponiamo di una

serie di indizi che ci possono aiutare a capire quali sono le particelle che compongono la

materia oscura:

– la materia oscura interagisce pochissimo con la materia ordinaria (ossia quella non

oscura). L'unica forma d'interazione conosciuta con quest'ultima è infatti la gravità;

– la materia oscura non può essere fatta di particelle come l'elettrone o il quark

(particella che forma neutroni e protoni);

– la materia oscura è molto stabile, perciò la vita delle sue particelle dev'essere di

almeno 13,8 miliardi di anni, ovvero la distanza di tempo tra il big bang e adesso;

– la materia oscura interagisce poco anche con se stessa;

– la velocità delle “particelle oscure” dev'essere non troppo alta, altrimenti la materia

oscura non si sarebbe raggruppata come invece è successo;

Grazie a queste informazioni possiamo eliminare tantissimi candidati. Una particella che

soddisfa tutti i requisiti viene chiamata WIMP (Weakly Interactive Massive Particle). Un

WIMP sarebbe il neutralino, una particella teorica. Degli altri candidati sarebbero gli

assioni, che tuttavia, come il neutralino, sono particelle solo teoriche.

È utile inoltre sapere che l'universo è composto dal 27% dalla materia oscura. Questo non

vuol dire però che il restante 73% sia totalmente composto da materia ordinaria. Infatti

soltanto il 5% è costituito da materia ordinaria. Ma allora il restante 68% da cosa è formato?

Dall'energia oscura, che è anche ciò che sta facendo espandere il nostro universo. Ma di

questo parleremo in un altro articolo. La materia oscura è quindi uno dei più grandi segreti

dell'universo: Di cosa è fatta? Come la possiamo trovare? Sono domande che ci auguriamo

un giorno possano trovare delle risposte.