Materia oscura, potrebbe non esistere?

 

Nuove misurazioni astronomiche tendono a suggerire una gravità modificata come spiegazione della anomala rotazione delle galassie.

 

Negli anni 30 del secolo appena passato, l’astronomo Fritz Zwicky osservò alcune stranezze riguardo agli ammassi galattici, gruppi di galassie relativamente vicine che sono in contatto gravitazionale tra loro.

Anzì, più che stranezze, erano vere e proprie anomalie, perché questi gruppi di oggetti interagivano tra loro come se, oltre alla materia “ordinaria” di cui sono composte (le stelle e i gas che possiamo osservare), fosse presente anche una sorta di materia “invisibile”, che da allora fu soprannominata oscura.

In realtà, è proprio invisibile, perché è come se fosse trasparente: non la vediamo e non copre la luce di altri oggetti. Sempre ammesso che ci sia. Postulare la sua esistenza permette di far tornare i calcoli matematici esatti sul moto delle galassie e soprattutto su un altro effetto attribuito alla materia oscura, cioè la rotazione delle galassie stesse.

Infatti, la maggior parte della materia visibile in una galassia è raggruppata nel mezzo, quindi ci si aspetterebbe che le stelle più vicine al centro abbiano velocità orbitali più elevate rispetto alle stelle più lontane, similmente ai pianeti del nostro sistema solare, che più sono lontani dal Sole e più si muovono lentamente. Quello che osserviamo è che invece le stelle in una galassia ruotano tutte all’incirca alla stessa velocità.

La soluzione è stata trovata invocando la materia oscura: le galassie sono circondate da un alone di materia invisibile che rende conto di questa velocità di rotazione stellare uniforme. E mica poca: su un’ipotetica bilancia, la massa di materia oscura presente nelluniverso sarebbe cinque volte superiore a quella della materia ordinaria.

Ma di cosa è composta questa fantomatica materia oscura? In una prima ipotesi si suppose che fosse costituita da particelle che si muovono a velocità elevate, prossime a quelle della luce, molto energetiche e quindi il modello fu battezzato a materia oscura “calda”.

I candidati più promettenti per la materia oscura calda erano i neutrini, piccolissime particelle con massa infinitamente piccola e che interagiscono pochissimo con tutto il resto di ciò che sta nell’universo.

In un secondo momento, venne avanzata l’ipotesi della materia oscura “fredda”, ossia si ipotizzò l’esistenza di particelle molto più grandi e pesanti dei neutrini, chiamate con l’acronimo WIMP, oppure oggetti compatti di grande massa nell’alone galattico, soprannominati MACHO.

Fino ad oggi, nessuna particella WIMP è stata rilevata, né scoperti MACHO in grado di confermare l’esistenza della materia oscura fredda.

Alcuni astronomi preferiscono quindi un’alternativa, come la dinamica newtoniana modificata (MoND) o il modello di gravità modificato, per spiegare i risustati osservativi. Nel 1983 Mordehai Milgrom sostenne che il nostro modello gravitazionale doveva essere sbagliato, ad esempio. E un nuovo studio sulla rotazione galattica sembra supportarli.

A distanze interstellari, l’attrazione gravitazionale tra le stelle è essenzialmente newtoniana. Quindi, piuttosto che modificare la relatività generale, Milgrom propose di modificare la legge universale di gravità di Newton.

Sosteneva che la forza di attrazione gravitazionale, che varia diminuendo con il quadrato della distanza (come ha scoperto Newton), ha anche una piccola attrazione residua indipendente dalla distanza. Questo residuo è solo circa 10 trilionesimi, ma è sufficiente per spiegare le curve di rotazione galattica.

Naturalmente, aggiungere solo un piccolo termine alla gravità di Newton significa che bisogna anche modificare le equazioni di Einstein. Quindi MoND è stato generalizzato in vari modi, uno dei quali chiamato AQUAL.

Sia AQUAL che il modello LCDM standard possono spiegare le curve di rotazione galattica osservate, ma ci sono alcune sottili differenze.

È qui che entra in gioco uno studio recente. Una differenza tra AQUAL e LCDM è nelle velocità di rotazione delle stelle dell’orbita interna rispetto alle stelle dell’orbita esterna.

Per LCDM, entrambi dovrebbero essere governate dalla distribuzione della materia, quindi la curva che le descrive rispetto alla distnza dal centro galattico dovrebbe essere piatta. AQUAL prevede un piccolo nodo nella curva, dovuto alla dinamica della teoria. È troppo piccolo per essere misurato in una singola galassia, ma statisticamente dovrebbe esserci un piccolo spostamento tra le distribuzioni di velocità interne ed esterne.

Quindi l’autore di questo articolo ha esaminato le curve di velocità ad alta risoluzione di 152 galassie osservate nel database Spitzer Photometry and Accurate Rotation Curves (SPARC). Ha trovato un cambiamento in accordo con AQUAL. I dati sembrano supportare la gravità modificata rispetto alla cosmologia standard della materia oscura.

Il risultato è eccitante, ma non ribalta definitivamente la materia oscura. Il modello AQUAL ha i suoi problemi, come il disaccordo con l’effetto lente gravitazionale che si osserva in alcune galassie.