Dell’Araba Fenice si diceva “che vi sia ciascun lo dice, dove sia nessun lo sa”, tanto era radicata la credenza che esistesse, anche se nessuno l’aveva mai vista: gli astronomi e gli astrofisici del XXI secolo hanno a che fare un mistero altrettanto inestricabile, al punto da meritare il nome, estremamente significativo, di “materia oscura”.

Quando osserviamo il cielo, vediamo sostanzialmente solo gli oggetti luminosi, stelle e galassie, arrivando tanto più lontano quanto più potenti sono i nostri telescopi. In base al colore e alla luminosità delle stelle stesse, poi, possiamo calcolare quanto sono distanti e quanto sono grandi, quindi possiamo fare una stima della “massa luminosa” dell’Universo, ovvero di tutta la materia aggregata in corpi che emettono luce. In base a quello che vediamo, poi, possiamo prevedere come si devono muovere le all’interno delle galassie vicine o le galassie le une rispetto alle altre, essendo soggette alla stessa forza di gravità che ci fa cadere le cose di mano qui sulla Terra. Qui iniziano i problemi. Guardando la distribuzione di materia luminosa in una galassia, ad esempio, ci aspetteremmo di vedere una certa distribuzione di velocità per le stelle, via via che ci si allontana dal centro galattico: le velocità che si misurano, però, sono diverse e compatibili con masse molto più grandi di quelle visibili e, soprattutto, distribuite in modo diverso.

Velocità delle stelle in una galassia.

Tipica distribuzione di velocità delle stelle in una galassia in funzione della distanza dal centro della galassia stessa..

Da allora si cerca questa materia oscura, senza sapere bene cosa sia. Nel corso degli anni, però, abbiamo imparato molto su di lei. Intanto, sappiamo che rappresenta il 90% di tutta la massa dell’Universo, non proprio una bazzecola. Poi sappiamo un sacco di cose su cosa non è.

Sappiamo che non è fatta di protoni e neutroni, come la materia visibile, perché altrimenti non ci spiegheremmo le quantità di idrogeno, deuterio ed elio che osserviamo negli ammassi di stelle più antichi.

Sappiamo che non è fatta di particelle leggere, come i neutrini (materia oscura “calda”), perché non osserveremmo le galassie e gli ammassi di galassie che invece vediamo.

Pensavamo potesse trattarsi di particelle “esotiche”, molto più pesanti di un protone, prodotte nei primi istanti di vita dell’Universo e rimaste a vagare per sempre, quasi senza interagire con il resto della materia (materia oscura “fredda”). Quest’ultima ipotesi sembrava la più promettente, ma risultati molto recenti dell’esperimento LUX mostrano come, dove ci si aspettava di trovare qualche segnale da parte di questa forma di materia oscura, sulla base di esperimenti precedenti, non ci sia proprio nulla.

LUX (Large Underground Xenon experiment) è “semplicemente” un bidone di xenon purissimo liquefatto e mantenuto a temperatura bassissima. In queste condizioni, questo gas diventa un sensibilissimo rivelatore per particelle: se, attraversando il rivelatore, una particella colpisce un nucleo atomico di xenon, infatti, sarà possibile rivelare un debolissimo lampo di luce. Secondo l’articolo reso pubblico il 30 ottobre scorso, “i dati di LUX sono in forte disaccordo con l’interpretazione basata su WIMP leggere [un modo tecnico per definire la materia oscura fredda citata prima] dei risultati di altri recenti esperimenti di rivelazione diretta [di materia oscura]”. Sostanzialmente, hanno visto che non c’era niente da vedere, rendendo il mistero della materia oscura ancora più oscuro.

Rivelatori di luce di LUX

I rivelatori di luce che osservano lo Xenon liquido di LUX (tutti i diritti sono della collaborazione LUX)

Ancora non sappiamo di cosa sia fatto questo 90% dell’Universo, né sappiamo da dove ci verrà la risposta alle nostre curiosità. Forse dalla fisica delle particelle, che è stato il mezzo più potente, finora, per studiare il funzionamento delle stelle e le prime fasi di evoluzione cosmica. Forse da qualche idea più ardita, che prenda in considerazione la natura stessa dello spazio e del tempo, scoprendo magari che il vuoto non è così vuoto e che anch’esso porta con se dell’energia (e quindi, secondo la famosa relazione di equivalenza tra massa ed energia di Einstein della massa). Parleremmo allora forse di energia oscura, più che di massa oscura, ma il concetto, per ora non cambia: da 80 anni cerchiamo di capire la dinamica delle galassie e, finora, la maggior parte della materia che compone il nostro Universo ci è completamente sconosciuta. A differenza dell’Araba fenice, però, sappiamo dov’è: dappertutto!

distribuzione di materia oscura nell'Universo.

Ricostruzione della distribuzione di materia oscura nell’Universo (tutti i diritti sono dell’Agenzia Spaziale Europea)

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