Da cosa è fatto l’universo?

CECILIA BARBAVARA, 3A

Giovedì 27 ottobre il professore Lucio Rossi ci ha portati nel viaggio di scoperta del Bosone di Higgs, la particella elementare responsabile della cosiddetta materia ordinaria, ovvero quella che noi vediamo e percepiamo. Tuttavia ogni stella, ogni pianeta, ogni galassia e qualsiasi cosa che noi possiamo vedere compone solo il 5% della materia totale dell’universo. La rimanente percentuale è praticamente un mistero: circa un altro 25% è fatto da materia oscura e il resto da energia oscura. Ma cos’è esattamente la materia oscura? È difficile rispondere a questa domanda, soprattutto perché non sappiamo praticamente nulla. Sappiamo che la materia oscura non interagisce con il campo elettromagnetico e di conseguenza non riflette luce: è essenzialmente invisibile. Inoltre, per lo stesso motivo, non può essere toccata poiché l’azione del “toccare qualcosa” avviene grazie alla repulsione elettromagnetica. Di conseguenza, la domanda che sorge spontanea è: se è invisibile ed intangibile, come sappiamo che esiste? Noi ci siamo accorti degli effetti che essa produce, perché, avendo massa, provoca effetti gravitazionali! Cioè, per spiegarlo meglio, le prove che abbiamo della sua esistenza riguardano la sua influenza sui corpi celesti attraverso la forza di gravità. Per esempio, osserviamo le galassie a spirale: sapendo che le stelle sono in movimento rispetto al centro della galassia e che la maggior parte della massa si concentra, appunto, nel centro, è logico pensare che le stelle più esterne abbiano una velocità minore rispet-

to a quelle più centrali. Invece non è così, la velocità rimane praticamente costante. Se è costante significa che i corpi celesti all’esterno sono soggetti ad altre forze oltre a quelle attribuibili alla materia ordinaria, queste forze gravitazionali devono essere per forza generate da materia che noi non vediamo. Un altro esempio riguarda gli ammassi di galassie. Studiando questi ammassi e le velocità a cui ciascuna galassia si muove siamo in grado di calcolare quanta massa è presente in questi agglomerati. Scopriamo dunque che c’è molta più massa rispetto a quanto possiamo osservare. Un ultimo esempio riguarda il fenomeno delle lenti gravitazionali. Essenzialmente sono ammassi di materia così densi da essere in grado di curvare la traiettoria della luce e quindi, osservando i corpi celesti (per esempio da un telescopio, l’immagine risulta essere distorta, in particolare le galassie assumono una forma di arco. Bene, attraverso la quantità di distorsione presente in una immagine, è possibile calcolare la quantità di massa che ci deve essere in una lente gravitazionale. Ancora una volta la quantità di materia ordinaria non è in grado di spiegare le osservazioni sperimentali. Tutti questi esempi ci dicono come la materia ordinaria non può essere l’unica responsabile della forza di gravità, risulta quindi necessario aggiungere la materia oscura per rendere coerenti le interazioni gravitazionali fra i corpi celesti. Ma come spesso avviene quando si parla di progresso scientifico, sorgono diverse teorie su una determinata domanda. Infatti altri fisici hanno proposto teorie diverse rispetto alla materia oscura per spiegare il problema delle forze gravitazionali che non corrispondono alla massa visibile, tra di loro c’è Mordehai Milgrom. Egli è un fisico israeliano che nel 1983 ha proposto la teoria MOND che spiega i fenomeni gravitazionali dell’universo senza l’esistenza della materia oscura. Questa teoria prevede che ci sia una accelerazione al di sotto della quale le leggi di Newton vadano modificate nel modo opportuno, infatti MOND sta per MOdified Newton Dynamics. Infatti le leggi di Newton sono state verificate solamente ad accelerazioni alte, ma mai su scale basse come quelle che possiedono i corpi celesti. In particolare viene modificata la seconda legge della dinamica (per intenderci

F = ma) per arrivare ad una formula complessa la cui conseguenza è che la forza di gravità sia maggiore, rispetto a quanto previsto dalle leggi di Newton, quando l’accelerazione è molto bassa, come su scala galattica. In questo modo sarebbe la sola materia ordinaria la responsabile delle interazioni gravitazionali. C’è anche un aspetto molto interessante di questa teoria: ovvero l’Effetto di Campo Esterno. Esso comporta che la dinamica di un corpo autogravitante, ovvero oggetti che stanno insieme per la forza di gravità, dipende dalla massa dell’intero universo, oltre che a quella dello stesso oggetto.

La teoria MOND funziona alla perfezione nello studio delle galassie a spirale, tuttavia ci sono diversi problemi quando per esempio si applica questa teoria ad altri contesti, per esempio negli ammassi di galassie. Infatti non viene completamente eliminata la necessità di aggiungere la materia oscura, anche se viene diminuita. Sicuramente io non sono la persona adatta per affermare quale sia la teoria migliore, ma se la stragrande maggioranza della comunità scientifica concorda sulla materia oscura è molto probabile che ci siano ragioni valide. In ogni caso ho comunque voluto parlare di una teoria diversa, perché esplorare teorie affascinanti anche se non verosimili credo sia uno dei lati più affascinanti e interessanti della scienza.