Da invisibile a visibile. Ecco la materia oscura
Prima mappa in 3D della sostanza che regge l’universo
PIERO BIANUCCI
E’ il primo sguardo alla materia oscura, sostanza misteriosa che costituisce un terzo della massa dell’universo. Ha la struttura di una immensa spugna e con la sua forza gravitazionale pilota la nascita delle stelle e delle galassie, che rappresentano appena il 5% del Tutto. Fino a ieri l’uomo era riuscito a osservare solo questo miserabile 5%, cioè la materia che emette o riflette luce: stelle e nebulose. Grazie al telescopio spaziale Hubble, al satellite europeo Newton e ai maggiori telescopi al suolo, ora incominciamo a vedere l’invisibile. Una seconda rivoluzione copernicana di colpo ci mette di fronte a un universo buio sei volte più pesante di quello luminoso studiato da 2 mila anni in qua. Copernico ha tolto la Terra dal centro del cosmo, 70 astronomi guidati da Nick Scoville e Richard Massey (Caltech, Usa) hanno spodestato l’universo visibile facendone un suddito di quello invisibile.
E’ un po’ come se finora avessimo osservato la Terra esclusivamente di notte e dall’aereo. Sotto vediamo i lampioni delle città e delle strade, non le case, le pianure, le montagne. Rispetto all’universo, l’uomo è il passeggero sull’aereo: per secoli ha fissato l’attenzione sui lampioni. Ora incomincia a capire che le cose davvero importanti si nascondono in mezzo a quel fioco formicolio di punti luminosi. E che a dettare la disposizione dei lampioni sono le case, le strade, le montagne, il mare. Cioè proprio ciò che non si vede. Quella presentata su «Nature online» è la prima mappa tridimensionale della materia oscura diffusa in uno spazio abbastanza grande da poter essere considerato un campione valido dell’intero universo. In mille ore di osservazione il telescopio spaziale ha ripreso 575 immagini fino a coprire un pezzo di cielo di 1,6° quadrati: circa 9 volte il disco della Luna. Lo spazio abbracciato ha un diametro di 80 milioni di anni luce.
Le foto mostrano un enorme numero di galassie nate poco dopo il Big Bang. La tecnica applicata è quella delle «lenti gravitazionali». La materia con la sua forza di gravità deforma lo spazio e la luce è costretta a seguire le deformazioni. Così, indirettamente, traccia la forma della massa oscura che la devia. Le immagini di Hubble sono integrate da quelle riprese nei raggi X dal satellite Newton in 400 ore di lavoro. Per ottenere la visione trimensionale sono servite le osservazioni spettroscopiche fatte con il VLT europeo (il più grande telescopio del mondo, sulle Ande del Cile) e le foto a colori di due telescopi, uno giapponese e uno franco-canadese, alle Hawaii.
Quando l’universo uscì dal Big Bang, materia visibile e invisibile erano mescolate in modo uniforme. Poi la materia oscura, sei volte più abbondante, incominciò a collassare e a concentrarsi. La sua attrazione guidò il collasso della materia ordinaria, che incominciò a organizzarsi in stelle e galassie. La mappa mette in evidenza che le galassie sono disposte ai margini delle concentrazioni di materia oscura: dunque è lei a comandare. Senza materia oscura non avremmo lo sfolgorio di galassie che conosciamo e non esisteremmo neppure. Siamo figli delle stelle (che hanno prodotto gli elementi chimici di cui siamo fatti), ma siamo nipoti della materia oscura. La quale deve probabilmente la propria distribuzione all’«energia oscura», che rappresenta ben il 65% del Tutto.
Due sono ora le domande da affrontare: di che cosa è fatta la materia oscura e quali sono i rapporti con l’energia oscura. Alla prima domanda potrà forse rispondere l’acceleratore LHC al Cern di Ginevra, se scoprirà particelle di materia non convenzionale ipotizzate da alcune teorie fisiche. Per la seconda gli astronomi sperano di ripetere il gioco che ha portato alla mappa tridimensionale: come la materia luminosa ha tracciato il profilo di quella oscura così quest’ultima potrebbe servire da segnaletica dell’energia oscura. Ma per adesso dovremmo essere soddisfatti: siamo al 9 gennaio e abbiamo già la scoperta dell’anno.
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