Galileo Giornale di scienza e problemi globali

C'è una nuova forza oscura nell'Universo?

Uno spettro si aggira per l'Universo. Non è una metafora del tutto inappropriata: si tratta infatti di una forza sfuggente e misteriosa, finora mai osservata dagli scienziati, a cui sembra essere sottoposta soltanto la materia oscura. Il bizzarro annuncio arriva a seguito dello studio del Musket Ball Cluster, un enorme oggetto celeste che si trova nella costellazione del Cancro, a 5,23miliardi di anni luce dalla Terra. Precisamente, il Musket Ball Cluster è originato dall'urto di due ammassi galattici, ciascuno dei quali è a sua volta costituito da un insieme di galassie legate l'una con l'altra attraverso la forza di gravità. Autori della ricerca, che è stata presentata alla conferenza dell'American Astronomical Society il 7 gennaio, sono gli astronomi della University of California Davis, coordinati da William Dawson.

Gli scienziati sanno che le stelle visibili nelle galassie, messe insieme, costituiscono solo il 2% della massa totale del cluster. Un altro 12% è da addebitare ai gas caldi, che emettono radiazione nella lunghezza d'onda dei raggi X, mentre si pensa che il restante 86% di massa sia dovuto all'invisibile materia oscura. In virtù del loro peso pressoché insignificante rispetto al totale, le stelle non subiscono particolari conseguenze durante gli urti tra ammassi galattici: semplicemente, proseguono il loro ciclo vitale all'interno di un cluster più grandi. I gas, invece, interagiscono tra loro, rallentando ed espandendosi.

Cosa succede alla materia oscura? Gli astronomi non lo hanno ancora capito con precisione. L'esistenza di questa misteriosa componente dell'Universo è stata dedotta grazie alla teoria della relatività generale di Einstein, secondo la quale i campi gravitazionali di corpi massivi sono in grado di curvare i raggi di luce. Se sul percorso della radiazione luminosa si trova una galassia, ad esempio, gli osservatori sulla Terra vedranno tale luce distorta: studiando questa curvatura, gli scienziati possono intuire dove si trovi la materia oscura.

Quando l'équipe di Dawson ha eseguito questo calcolo per il Musket Ball Cluster, ha scoperto qualcosa di strano: i grumi di materia oscura sono più lenti rispetto alle galassie visibili nell'ammasso. “Abbiamo notato una distanza di circa 19.000 anni luce tra la materia oscura e le galassie”, sostiene Dawson. Un'osservazione del genere è strana, perché si pensa che la materia oscura interagisca molto debolmente con sé stessa: in linea teorica, dovrebbe muoversi alla stessa velocità delle galassie. Ma lo studio sembra dimostrare che stia rallentando in un modo del tutto inatteso, proprio come se ci fosse una forza oscura che la trattiene. Sarebbe una nuova forza fondamentale dell'Universo, che si andrebbe ad aggiungere alle altre quattro (gravità, elettromagnetismo, nucleare debole, nucleare forte).

L'esistenza di questa nuova forza, già ipotizzata teoricamente in lavori precedenti ma finora mai osservata sperimentalmente, potrebbe aiutare a sciogliere alcuni nodi irrisolti nei modelli fisici che spiegano il comportamento della materia oscura. Per esempio, il paradosso nocciolo/cuspide, osservato nelle galassie nane e negli ammassi stellari: se la materia oscura fosse sensibile solo alla forza di gravità, dovrebbe tendere ad addensarsi al centro di questi oggetti, mentre è stata spesso osservata una distribuzione omogenea. Come si spiega? Forse la materia oscura è in grado di sentire qualche altro tipo di interazione che la porta a gonfiarsi ed espandersi, come un gas caldo.

Inoltre, la scoperta potrebbe contribuire a sviluppare nuove teorie nel cosiddetto settore oscuro, un insieme ipotetico di forze e particelle che non coinvolgono la materia ordinaria. Sebbene i modelli teorici attuali che riguardano la materia oscura, infatti, tendano ad assumere che le particelle che la compongono siano semplici, nel senso che non sono sottoposte a forze sconosciute, non c'è nessuna ragione stringente per cui debba essere esattamente così.

Naturalmente, non mancano gli scettici. L'astronomo Douglas Finkbeiner di Harvard, ad esempio, non è completamente convinto dell'esistenza della forza oscura: “È giusto ricordare che finora ogni accenno a eventuali proprietà esotiche delle particelle di materia oscura si è rivelato sbagliato”, ha dichiarato a Wired.com. D'altronde, ne è ben conscio anche lo stesso Dawson: i suoi dati hanno una sicurezza statistica dell'85% e dunque “non possiamo ancora rivendicare alcuna scoperta finché l'errore sulla misura ha un margine così ampio”, ha dichiarato.

L'équipe di Dawson sta lavorando all'analisi di dati provenienti da altre collisioni come quella del Musket Ball Center, e ne ha anche scoperte di nuove. Se gli scienziati dovessero osservare gli stessi risultati in questi sistemi, l'idea di una possibile forza oscura ne sarebbe sicuramente rafforzata. Altrimenti, si dovrà cercare altrove la spiegazione dei misteri irrisolti.

Via: Wired.it

Credits immagine: X-ray: NASA/CXC/UCDavis/W.Dawson et al; Optical: NASA/STScI/UCDavis/W.Dawson et al.

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