Ho sentito parlare, anche voi ne avete parlato, della massa oscura presente nell’Universo, ma recentemente si è discusso anche di “energia oscura”. Potreste parlarne?


Al di là dei nomi abbastanza simili, le questioni della massa e
dell’energia oscura dell’universo sono sostanzialmente diverse.
Vediamo di chiarire i due fenomeni.

Osservando
la curva di rotazione delle galassie a spirale, ci si è resi conto che
le stelle ai bordi del disco non seguono delle leggi di rotazione
“kepleriane” come ci si attenderebbe se la maggior parte della massa
delle galassie fosse concentrata nel “bulbo”; come conseguenza di ciò è
evidente che, oltre alla massa “luminosa” concentrata nelle stelle,
debba esserci una consistente quantità di materia attorno alle
galassie, che non emette luce. Altrettanto, osservando gli ammassi di
galassie, ci si è resi conto che molte galassie hanno velocità mutue
così elevate che farebbero “disgragare” gli ammassi stessi in pochi
miliardi di anni, cosa che è palesemente falsa, visto che gli ammassi
sono tuttora esistenti. Ancora una volta la spiegazione è che esiste
della “gravità aggiuntiva” negli ammassi, tale da tenere assieme le
galassie. Questa gravità è rappresentata da materia che però non appare
ai telescopi.
Questi e altri indizi hanno portato a formulare la teoria
dell’esistenza di “materia oscura” nel cosmo, di cui si vedono gli
effetti gravitazionali sugli oggetti luminosi, ma che non emette luce.
Sulla natura di questa materia esistono svariate teorie, nessuna delle
quali attualmente verificata: si potrebbe trattare di pianeti, buchi
neri, stelle fredde e comunque agglomerati di materia ordinaria, in uno
stato che non emette luce, oppure di particelle subatomiche dotate di
massa e della cui esistenza non esistono prove certe al momento. Uno
dei migliori candidati fino a qualche anno fa erano i neutrini, della
cui esistenza si è certi da una cinquantina d’anni, che si sa permeano
l’universo ma di cui non era nota la massa. I recenti esperimenti
giapponesi al Super-Kamiokande hanno però appurato che i neutrini hanno
massa troppo piccola per essere la spiegazione definitiva al problema
della materia oscura.

Quello
della “energia oscura” è un problema del tutto diverso, e “esploso” nel
mondo scientifico da pochi anni, da quando, all’inizio del millennio,
alcuni esperimenti scientifici di osservazione di supernovae lontane
hanno appurato che l’universo è in espansione accelerata. È infatti
noto fin dagli anni ’20 del 1900 che l’universo è in espansione (legge
di Hubble), ma si era sempre pensato che questa espansione dovesse
essere decelerata. Del resto il ragionamento appariva semplice: siccome
su scale di distanza galattiche l’unica forza che agisce con intensità
non trascurabile è la gravità e siccome il modello di Einstein della
gravità prevede che essa sia solo attrattiva, essa si deve opporre
all’espansione dell’universo, decelerandola.
Ora, le supernovae sono stelle che esplodono, e quelle di una
particolare classe, detta Ia, seguono una curva di luce molto precisa,
che ha un valore di luminosità nel punto di massimo che è quasi
costante. Di conseguenza, osservando supernovae lontane si può stimarne
la distanza sia in base alla legge di Hubble, che prevede il redshift
delle righe spettrali in base alla velocità di allontanamento, sia in
base all’attenuazione della luce dovuta alla distanza. Mettendo insieme
questi parametri ci si è accorti che le supernovae lontane sono più
lontane di quanto ci si aspetti, e dunque che l’universo si sta
espandendo più rapidamente del dovuto.
Sono state avanzate diverse ipotesi per spiegare il fenomeno (da errori
sistematici sulle misure, al fatto che le suprenovae lontane possano
seguire curve di luce leggermente differenti rispetto a quelle vicine,
ecc…) ma l’ipotesi al momento data per più probabile è che vi sia una
qualche forza repulsiva che agisce in tutto l’universo e che lo sta
spingendo ad accelerare la sua espansione. Questa energia che dovrebbe
avere un effetto anti-gravitazionale è di natura sconosciuta, anche se
i teorici hanno già notato come una leggera modifica alle equazioni di
Einstein (che peraltro egli stesso aveva già introdotto e poi
rinnegato) potrebbe portare l’effetto repulsivo cercato. In ogni modo,
resta del tutto un mistero su cosa provochi questo fenomeno, per cui si
è coniato il termine “energia oscura”, non perché essa non emette luce
(come nel caso della “materia oscura”), ma perché è ignoto di cosa si
tratti.

È
interessante notare come alcuni modelli cosmologici prevedano comunque
l’esistenza di questa energia, e che essi sembrano essere in accordo
con le misure eseguite dalla sonda spaziale WMAP che ha monitorato il
fondo cosmico a microonde. La futura missione Planck dell’ESA dovrebbe
verificare definitivamente l’esistenza dell’energia oscura, dopo di che
la “palla” passerà ai fisici teorici, per spiegare quale fenomeno
fisico ne sia all’origine.