Di cosa è fatto tutto quel che c’è?

L’astronomia ci ha abituato da tempo a splendide immagini: stelle, pianeti, lontani quasar… Eppure, raramente troviamo una immagine così densa come quella che presentiamo oggi e che racchiude, conchiude – quasi come una icona – la nostra attuale concezione di Universo.

Di cosa è fatto insomma il nostro Universo? Di cosa è fatto tutto quel che c’è? Scoprirlo, è il compito della sonda Plank (un grande progetto della nostra Europa) che ha realizzato – dal 2009 al 2013 – una mappa puntigliosissima delle differenze in temperatura della superficie ottica più “antica” che si conosca in assoluto, ovvero il fondo cielo che si creò quando il nostro universo divenne, finalmente, trasparente alla luce (prima era così denso che non c’era verso, nemmeno i fotoni potevano fluire tranquilli).

La radiazione cosmica di fondo è una complessa intelaiatura che è anche un formidabile campo di prova per le varie teorie cosmologiche, per le nostre prove di comprensione della struttura del mondo. Le teorie dunque sono chiamate ad accordarsi con quanto oggi “vediamo” tramite satelliti come Plank, e questo pone fortissime “costrizioni”, che sono a loro volta cogenti indicazioni. Di quel che c’è, e quel che non c’è.

Soprattutto, di quanto sia sorprendente questo universo, in cui viviamo. La più recente analisi di questi dati, infatti – roba fresca fresca, di pochi giorni – conferma ora ed ancora che la maggior parte dell’Universo è fatta di qualcosa che non conosciamo, la elusiva “energia oscura”. E non è tutto: anche la maggior parte della materia, è materia che non conosciamo, anch’essa detta “oscura”, appunto.

Insomma l’universo, questo universo – nato (e lo sappiamo proprio da questi dati) 13,8 miliardi di anni fa, continua a stupirci con la sua formidabile carica di mistero. E’ così davvero affascinante, guardarlo, esplorarlo, cercare di capirlo. Perché quel poco che sappiamo (ed è già moltissimo) si immerge in un mare magnum di cose che ancora non sappiamo. Ma che siamo invitati ad esplorare, ogni giorno di più.

E le sorprese – questo sì, lo sappiamo – non mancheranno.

 

Se la materia oscura è … fluorescente

Come mai l‘ammasso di galassie di Perseo brilla così evidente in un particolare “colore” nella banda X? Nessuno lo sa con certezza (tante sono le cose del cielo che ancora dobbiamo capire). Però potrebbe essere qualcosa che ha a che fare con la materia oscura.

L’ammasso di galassie in Perseo (Crediti: X-ray: NASA/CXO/Oxford University/J. Conlon et al.; Radio: NRAO/AUI/NSF/Univ. of Montreal/Gendron-Marsolais et al.; Optical: NASA/ESA/IoA/A. Fabian et al.; DSS)

Di fatto, l’ammasso presenta una notevole peculiarità, quando osservato nella banda dei raggi X (tecnicamente, intorno ai 3.5 Kev). Ebbene, in questo “colore”, la parte esterna appare particolarmente brillante, mentre la zona centrale, che probabilmente circonda un buco nero di grande massa, risulta invece peculiarmente oscura.

Questo fatto non è per niente facile da interpretare, con le caratteristiche note dell’ammasso di galassie.

Una ipotesi che potrebbe forse spiegare questa stranezza, è quella della “materia oscura fluorescente” (per i più arditi, qui l’articolo originale). Questa strana materia potrebbe essere particolarmente abile nell’assorbire la radiazione a 3.5 KeV, responsabile del “colore” di cui stiamo trattando. Dopo l’assorbimento, la materia oscura fluorescente sarebbe in grado di riemettere questa radiazione (proprio con un effetto analogo alla fluorescenza) creando dunque questo eccesso di colore. Dappertutto, tranne nella zona intorno al buco nero centrale, dove – per le condizioni peculiari dell’ambiente – vincerebbe invece l’effetto di assorbimento.

Insomma, fluorescente o no, le ipotesi sulla materia oscura (e sull’energia oscura), continuano a fioccare. E’ un campo aperto della ricerca cosmologica, anzi un campo apertissimo. Le teoria ci dicono che materia ed energia oscura formano circa il 95% della massa-energia dell’Universo. Capire questo “quasi tutto” è una sfida emozionante per la cosmologia moderna: forse, è la sfida in assoluto più intrigante, che oggi si ponga lo scienziato che guarda il cielo.

Una sfida così grande, che travalica l’ambito degli addetti ai lavori, per assurgere a dignità di vera impresa culturale, di deciso interesse per l’avventura umana della scoperta del mondo (e del nostro ruolo in esso).

Confermato ruolo dell’energia oscura nell’espansione cosmica

Una survey della durata di ben cinque anni. E’ quanto è stato necessario per osservare circa 200.000 galassie, arrivando fino a circa sette miliardi di anni indietro, nel tempo cosmico. Questo ha portato ad una delle migliori conferme indipendenti del fatto che l’energia oscura stia guidando il nostro universo ad espandersi ad una velocità sempre maggiore.

I dati sono stati acquisiti con il Galaxy Evolution Explorer (NASA) e l’Anglo-Australian Telescope (posizionato in Australia).  I risultati (si veda per maggiori dettagli la relativa Press Release NASA) offrono un deciso supporto per la teoria più in voga riguardo l’energia oscura – una forza costante, che influenza  uniformemente tutto l’universo e fornisce una “spinta” importante per l’espansione cosmica. Esiste infatti anche un’altra interpretazione teorica, secondo la quale è la gravità stessa, e non l’energia oscura, la forza che guida l’allontanamento dei corpi celesti. Beh, ma come fa la gravità ad allontanare i corpi, quando sappiamo dall’esperienza comune che invece li tende ad avvicinare? Ecco, secondo tele teoria, il concetto di gravità di Einstein è sbagliato (o incompleto), e la gravità diventerebbe una forza repulsiva invece che attrattiva, quando agisce su grandi distanze.

Ebbene, i dati recenti sembrano sfavorire tale interpretazione. Come dicono gli scienziati che hanno condotto questa ricerca, è invece l’energia oscura la responsabile, che agisce come una costante cosmologica (come propose lo stesso Einstein, anche se poi rigettò l’ipotesi).

Secondo le modere ricerche, la distribuzione di L'energia oscura (rappresentata dal grigliato viola) rimane "imperturbabilmente distribuita" nello spazio, laddove la gravità (grigliato verde) viene palesemente influenzata dalla presenza di oggetti massivi, come le galassie. Crediti: NASA/JPL-Caltech.

L’energia oscura è di per sè un capitolo affascinante dell’astronomia moderna, senza ombra di dubbio. Si ritiene infatti che ben il 74 % del nostro universo sia composto da questa “misteriosa” energia. Invece la materia oscura, qualcosa di solo appena un pò meno misterioso, renderebbe conto di circa il 22 % dell’universo stesso. Proseguendo in questo conteggio, può essere divertente scoprire che la materia “ordinaria” – quella composta di atomi, il costituente di cui son fatti i pianeti, le stelle, le rocce,le creature viventi – renda conto di appena il 4 % del nostro universo!

Basterebbe meditare un pò su questo, per capire quanto la scienza astronomica abbia ancora un lungo cammino davanti a sè. Questo, nonostante negli ultimi anni si siano fatte delle scoperte fondamentali, riguardo ad esempio l’età stessa dell’universo (risolvendo una diatriba tra cosmologi e astrofisici che è durata diversi anni): al proposito, ricordiamo che ormai c’è una ampia convergenza sul valore di 13,7 miliardi di anni, corroborato anche da esperimenti recenti come la sonda WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe).

La cosa bella è che siamo finalmente arrivati a comprendere con chiarezza quanto è grande… quello che non sappiamo: un “bagno di umiltà” probabilmente necessario, dal quale partire per una decifrazione della struttura e della costituzione dell’universo, che certo ci riserverà sempre nuove ed eccitanti sorprese!

Come si direbbe in questi casi… il bello deve ancora venire, dopotutto. Stay tuned! 🙂

Materia oscura… quanto basta!

Avete presente le galassie, brilluccicanti di milioni e milioni di oggetti stellari? Beh non è cosi semplice che si creino e si sviluppino, se non si “dosa” la materia oscura secondo una attenta valutazione. Troppa o troppo poca.. ed ecco che la galassia svanisce!

La materia oscura è quella sostanza invisibile che permea il nostro universo, che contribuisce in maniera determinante  alla crescita ed allo sviluppo delle galassie di grande massa, nei primi momenti di vita del cosmo.

Dalle simulazioni degli ricercatori, risulta che la dose di materia oscura è tutt’altro che secondaria, nel delicato equilibrio dello sviluppo delle galassie. Mettine troppo poca, e la galassia non si forma nemmeno. Mettine troppa, invece, e il gas non si raffredda in maniera abbastanza efficace per formare una vera galassia “come si deve”, ed invece si creano una miriade di galassiette più piccole. Insomma devi averne la giusta quantità, di materia oscura (anche se non la vedi).

Regione nei pressi di Ursa Major
Una regione nei pressi della costellazione dell'Orsa Maggiore, una delle aree scrutate da Herschel. Ogni piccolo puntino in realtà è una intera galassia (Crediti: ESA/Herschel/SPIRE/HerMES)

Dunque la ricetta prescrive, aggiungere materia oscura “quanto basta”. Si ma quanto? potreste giustamente dire voi.

Ebbene per risolvere la questione è arrivato Herschel (a dire la verità, è dal 2009 che è in operazione). La sonda monta un telescopio da 3.5 metri che è sintonizzato nella ricezione della luce in banda infrarossa, proveniente da una enorme serie di oggetti celesti (dagli asteroidi e i pianeti nelle nostre vicinanze, fino alle più lontane galassie).

L’occhio infrarosso di Herschel dunque è andato a scovare la luce infrarossa proveniente da una serie di galassie lontane, in fase di forte formazione stellare. La luce infrarossa di queste strutture forma una vera e propria struttura “a ragnatela”, chiamata radiazione di fondo in infrarosso. Poichè questa dipende strettamente dall’addensamento degli oggetti che la emettono, e questo dipende a sua volta dalla quantità di materia oscura che è presente nell’ambiente, ecco che la catena è chiusa, e si può arrivare alla stima.

Dall’analisi dei dati, risulta che per fare una galassia ci vuole una quantità di materia oscura circa equivalente a 300 miliardi di volte il nostro Sole. Ditemi voi, se vi par poco…….

NASA/JPL Press Release

Dalle mappe di materia oscura all’evoluzione delle galassie

Un team di astronomi utilizzando il Telescopio Spaziale Hubble, sono riusciti a realizzare una delle mappe più dettagliate della materia oscura nell’universo (la materia oscura è una sostanza invisibile e di natura ancora ignota che costituisce la gran parte della massa dell’universo stesso).

Le nuove osservazioni di materia oscura forniscono nuove importanti indicazioni sul ruolo dell’energia oscura nei primi cruciali anni di sviluppo dell’universo. I risultati suggeriscono come gli ammassi di galassie si siano formati ben prima di quanto ci si attendeva, prima di quando l’intervento dell’energia oscura giungesse ad inibire la loro stessa crescita.

L'ammasso di galassie Abell 1689 (Crediti: NASA, ESA, and D. Coe (NASA JPL/Caltech and STScI))

L’energia oscura, una ancora misteriosa proprietà dello spazio, si manifesta proprio come un competitore formidabile della forza gravitazionale. Si può dire che l’energia oscura allontana le galassie l’una dall’altra “stirando” lo spazio intergalattico, dunque inibendo anche la formazione di strutture giganti, come appunto gli ammassi di galassie. E’ un tiro alla fune, tra gravità ed energia oscura: per capire i dettagli di questa “competizione cosmica”, gli scienziati trovano un utilissimo aiuto nello studio della distribuzione dettagliata della materia oscura negli ammassi.

In questo contesto, un team di scienziati ha indagato la distribuzione in massa di Abel 1689, a 2,2 miliardi di anni luce dalla Terra, trovando come il nucleo dell’ammasso stesso sia molto più denso – in termini di quantità di materia oscura –  di quanto ci si aspettava (dalle simulazioni al computer) per un ammasso della sua taglia.

E’ una evidenza sorprendente per gli stessi scienziati coinvolti, per spiegare la quale bisogna per forza “retrodatare” la formazione dell’ammasso, che altrimenti non sarebbe potuto svilupparsi in questo modo, proprio per l’intervento dell’energia oscura.

HubbleSite Press Release