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Nelle immagini del telescopio Hubble, un gruppo di galassie pone un enigma agli astronomi che apparentemente sembra non avere soluzione.
L’ammasso di galassie Abell 611, situato a oltre 1000 megaparsec, o circa 3,2 miliardi di anni luce, dalla Terra, pone un mistero agli astronomi, perché non sembra esserci abbastanza massa contenuta all’interno della sua rete di galassie costituenti in rapida rotazione per impedire all’ammasso di finire a pezzi.
Questo problema in astronomia appare in strutture molto massicce, come galassie e ammassi di galassie, ma non si presenta su scale cosmiche più piccole. Ad esempio, il passaggio dei pianeti del Sistema Solare attorno al Sole può essere calcolato facilmente utilizzando le masse e le posizioni dei pianeti e del Sole. Non è necessaria alcuna massa aggiuntiva per spiegare l’integrità del Sistema Solare o di altri sistemi stella-pianeta. Allora perché questa regola intuitiva non vale su scale più grandi?
La teoria prevalente è che l’Universo contiene grandi quantità di una sostanza nota come materia oscura. Mentre il nome potrebbe sembrare minaccioso, “oscuro” si riferisce semplicemente al fatto che questa quantità sconosciuta non sembra interagire con la luce come fa l’altra materia – né emettendo né riflettendo né assorbendo alcuna parte dello spettro elettromagnetico.
Questa qualità rende la materia oscura incredibilmente difficile da caratterizzare, anche se sono state ipotizzate varie possibilità. Essenzialmente, la maggior parte dei candidati alla materia oscura rientrano in una delle due categorie: qualche tipo di particella che esiste in grandi quantità in tutto l’Universo, ma per qualche motivo non interagisce con la luce come fanno altre particelle; o qualche tipo di oggetto massiccio che esiste anche in grande abbondanza in tutto l’Universo, ma non si presta al rilevamento utilizzando l’attuale tecnologia del telescopio.
Due dei candidati alla materia oscura dal nome più stravagante rientrano rispettivamente nella prima e nella seconda categoria. Le particelle massicce debolmente interagenti (WIMP) sono ipotetiche particelle subatomiche che non interagiscono con i fotoni – in altre parole, non interagiscono con la luce.
I massicci oggetti astrofisici compatti (MACHO) sono un ipotetico insieme di oggetti molto massicci fatti (a differenza delle WIMP) di un tipo di materia che già conosciamo, ma che sono estremamente difficili da osservare in quanto emettono così poca luce.
Nonostante l’enorme sforzo profuso dagli scienziati, tuttavia, non è stata trovata alcuna prova conclusiva di WIMP, MACHOs o qualsiasi altra forma di materia oscura.
Se la materia oscura rimane ostinatamente indefinibile, fortunatamente è facilmente quantificabile. Infatti, ammassi di galassie come Abell 611 sono laboratori ideali per la quantificazione della materia oscura, grazie alle abbondanti evidenze di lente gravitazionale visibili all’interno dell’ammasso.
Un esempio di lente è chiaramente visibile al centro dell’immagine, a sinistra del nucleo luminoso dell’ammasso, dove si può vedere una curva di luce. Questa curva è luce proveniente da una sorgente più distante che è stata piegata e distorta (come farebbe una “lente”) dalla vasta massa di Abell 611.
La misura in cui la luce è stata piegata dall’ammasso può essere utilizzata per misurare la sua vera massa. Questo può quindi essere confrontato con una stima della sua massa derivata da tutti i componenti visibili dell’ammasso.
La differenza tra la massa calcolata e la massa osservata è sbalorditiva. In effetti, gli astronomi attualmente stimano che circa l’85% della materia nell’Universo sia materia oscura.
Anche se il mistero di ciò che tiene insieme la ragnatela cosmica di galassie all’interno di Abell 611 rimane irrisolto, possiamo ancora godere di questa immagine e dell’affascinante scienza – sia ben consolidata che teorizzata – che si svolge al suo interno.
Foto: ESA/Hubble, NASA, P. Kelly, M. Postman, J. Richard, S. Allen
