La materia oscura

Le stime dicono che la totalità della massa dei corpi celesti, stelle, pianeti, particelle e polvere cosmica, non è superiore al 4% della massa totale dell’Universo. Dov’è allora tutta la massa mancante?

LA MATERIA OSCURA

La normale percezione da parte della persona comune è che tutta la materia presente nell’Universo sia concentrata nei corpi celesti, da quelli più grandi come stelle e pianeti fino alle minuscole particelle di polvere presente nel cosmo.

Nulla di più errato. Le stime dicono infatti che la totalità della massa di questi tipi di corpi celesti non è superiore al 4% della massa totale dell’Universo. Dov’è allora tutta la massa mancante?

È sempre stata lì, solo che non è visibile e rappresenta uno dei tanti campi di studio della moderna astronomia.

Sono state le osservazioni di stelle, galassie e ammassi di galassie da parte di astronomi e astrofisici a far nascere l’idea che l’Universo avesse molta più massa di quella visibile. Le galassie sono costituite da un nucleo molto luminoso e massiccio attorno al quale ruotano le altre stelle, distribuite in maniera tale che la loro concentrazione diminuisce man mano che ci si allontana dal nucleo.

In un sistema come quello di una galassia, la velocità delle stelle che si trovano nella regione esterna al nucleo dovrebbe decrescere all’aumentare della distanza. Al contrario, le osservazioni effettuate hanno dimostrato che la velocità delle stelle lontane dal nucleo era molto maggiore di quella attesa e inoltre non diminuiva con la distanza.

Questo può essere spiegato solo se si accetta che la galassia contiene della materia invisibile e non concentrata nel nucleo, la cui attrazione gravitazionale è responsabile del moto delle stelle. Le galassie, inoltre, tendono a formare degli agglomerati noti come ammassi di galassie.

Sempre secondo le leggi della fisica è possibile determinare quale debba essere il moto relativo di ciascuna galassia. Anche in questo caso, osservazioni sperimentali hanno dimostrato che le velocità delle galassie sono anche 400 volte maggiori di quelle calcolate, il che dimostra che l’ammasso e molto più “pesante” di quanto ipotizzato.

La maggior parte degli astronomi è concorde nel ritenere che la materia oscura sia collocata intorno ai nuclei delle galassie, in un alone che si estende per circa il doppio delle sue dimensioni.

Questo accade per esempio anche nella nostra galassia, la Via Lattea, dove le Nubi di Magellano, due galassie satellite di forma ellittica, hanno un moto influenzato dalla presenza dell’alone di materia oscura, tanto che è possibile ritenere che esso si estenda per oltre 30.000 anni luce al di là di esse. In generale possiamo dire che dove c’è materia visibile, c’è anche un certo quantitativo di materia oscura. Il problema è che se ci fossero sistemi celesti dove sia presente soltanto materia oscura, sarebbe impossibile individuarli direttamente.

Si ritiene che la materia oscura abbia una forma appiattita, e alcuni astronomi hanno elaborato un modello matematico relativo alla forma tridimensionale di tali aloni, ottenuto basandosi sulla distribuzione dei gruppi di galassie che sono contenuti in tali concentrazioni di materia oscura. La forma degli aloni di materia oscura fornisce informazioni sul modo in cui si è formato il primo universo e sul modo in cui gli aloni stessi si sono via via evoluti.

Secondo alcune teorie cosmologiche, subito dopo il Big Bang la materia oscura fredda avrebbe formato le prime strutture su larga scala dell’universo, successivamente collassate sotto il peso della loro stessa massa per dare origine a vasti aloni. La forza gravitazionale di questi avrebbe quindi risucchiato la materia normale, rappresentando il punto di concentrazione per la formazione delle galassie.

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