Nuovo studio sugli effetti gravitazionali della materia oscura

La materia oscura è uno dei grandi misteri della cosmologia. Anche se non siamo in grado di vederla direttamente, la sua esistenza è indirettamente confermata dagli effetti gravitazionali che essa ha sulla materia comune, evidenziati da osservazioni che si estendono dalla scala galattica alle scale cosmologiche. Su scala galattica essa è necessaria, ad esempio, per spiegare correttamente il movimento delle stelle e del gas nelle galassie. Le materia visibile contenuta nelle galassie non è in grado di generare un’attrazione gravitazionale sufficiente a spiegare il movimento stellare e del gas.

La soluzione solitamente proposta è l’esistenza di una materia invisibile, costituita da particelle: la fantomatica materia oscura, per la prima volta discussa in uno studio di Ernst Öpik nel 1915. La materia oscura è necessaria anche per spiegare la crescita delle strutture cosmiche, in particolare le piccole “anisotropie” in temperatura (ovvero differenze nella temperatura misurata nelle diverse direzioni) della radiazione cosmica di fondo alle microonde dalle quali si deduce che, in media, la materia oscura è circa 5 volte più abbondante della materia ordinaria.

Un gruppo di ricercatori guidato dal brasiliano Davi Rodrigues dell’università federale dello Espírito Santo, e del quale fa parte anche chi scrive, ha ora dimostrato che le ipotesi alternative alla misteriosa materia oscura – in particolare la Modified newtonian dynamics (Mond), proposta da Mordehai Milgrom all’inizio degli anni ’80 del secolo scorso – non sono compatibili con le osservazioni, rafforzando la necessità dell’esistenza di questa sostanza al fine di comprendere il funzionamento dell’universo. Per raggiungere tale conclusione sono stati usati dati di ultima generazione ottenuti con una combinazione di telescopi spaziali e terrestri, come lo Spitzer Space Telescope e il Very Large Array. Analizzando attentamente l’azione della forza gravitazionale nelle galassie, gli autori dello studio hanno mostrato che solo la presenza di materia oscura potrebbe spiegare il loro comportamento. I risultati sono stati pubblicati lunedì scorso su Nature Astronomy.

L’ipotesi principale utilizzata dagli scienziati come alternativa alla materia oscura si basa sull’idea che la legge di gravità, proposta da Isaac Newton più di 300 anni fa e affinata da Albert Einstein con la relatività generale, necessiti una revisione e modifica. Le cosiddette teorie di gravita modificata sono decine.

Nel caso particolare della Mond, la forza di gravità funziona in modo diverso in diverse zone della galassia, essendo più intensa di quanto previsto da Newton e Einstein nelle regioni dove la gravità sarebbe, in linea di principio, molto debole.

Il team ha studiato attentamente la distribuzione delle stelle e il movimento del gas in quasi 200 galassie vicino alla Via Lattea. Lo studio ha dimostrato che la teoria alternativa richiede regolazioni individuali di uno dei parametri fondamentali da galassia a galassia, il che è in contrasto con l’idea stessa di modifica universale della gravità. «Questa è forse la prova più forte contro teorie alternative alla materia oscura, quali Mond, che assumono l’esistenza di una scala universale di accelerazione», sostiene Rodrigues, secondo il quale solo poche galassie sarebbero sufficienti per scartare il modello, ma la combinazione di tutte le 200 galassie fa sì che la probabilità che questa teoria sia corretta è inferiore allo 0,000000000000000000001 per cento.

«Questo studio conferma l’esistenza della materia oscura», dice Valerio Marra, “cervello in fuga” oggi all’università federale dello Espírito Santo, «ma c’è ancora molto da scoprire sulla sua natura». Probabilmente la materia oscura è molto diversa da ciò che immaginiamo oggi, ma sicuramente Mond non è la soluzione.

Per saperne di più:

• Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Absence of a fundamental acceleration scale in galaxies”, di Davi C. Rodrigues, Valerio Marra, Antonino Del Popolo e Zahra Davari