LA MATERIA OSCURA
Ciò che vediamo con i telescopi tradizionali (stelle,
pianeti, comete…) rappresenta solo una piccola parte
della materia che compone l’Universo. La componente più cospicua ècostituita da una forma di materia che non
emette néassorbe radiazione luminosa: la materia oscura (MO).
Osservazioni astrofisiche e cosmologiche sembrano indicare che la componente principale della MO sia formata da
particelle subatomiche che non fanno parte del Modello Standard.
Inizialmente MO veniva indicata come "massa mancante" nonostante effettivamente esista, in quanto rilevabile
solo attraverso gli effetti gravitazionali della sua massa.
Non emettendo alcuna radiazione elettromagnetica non risulta individuabile dagli strumenti di analisi
spettroscopica, da cui l'aggettivo "oscura“.
L’interpretazione maggiormente accreditata éche la MO sia costituita da particelle che interagiscono con la materia
ordinaria solo gravitazionalmente e secondo la forza nucleare debole.
Si pensa, inoltre, che la MO sia stata prodotta nei primi istanti dopo il Big Bang, quando la temperatura
dell’Universo era cosìalta da poter produrre una gran quantità di queste particelle.
Nei primi istanti le interazioni subnucleari tra materia barionica (di cui stelle e galassie sono costituite) e MO erano
continue e uniformi.
Con ’
l espansione e il raffreddamento dell’Universo, ’
l energia e la probabilità di interazione èscesa drasticamente,
per cui materia ordinaria e oscura interagiscono ora, tra loro, solo tramite l’attrazione gravitazionale
Di che cosa éfatta la materia oscura?
Ci sono molte ipotesi ma nessuna certezza: la teoria attualmente più considerata éche sia formata da una famiglia
di particelle a noi ancora sconosciute. La teoria supersimmetrica ipotizza che ogni particella elementare del nostro
Universo (quark, elettroni, fotoni) abbia un gemello più pesante ancora inosservato.
Queste particelle
di MO sarebbero stabili, ma interagirebbero debolmente con le altre particelle conosciute,
rendendo la ricerca estremamente difficile.
La MO viene solitamente classificata in barionica e non barionica a seconda della natura dei suoi candidati.
La MO barionica ècomposta da materia del tutto simile a quella che costituisce le stelle, i pianeti, la polvere
interstellare..., con ’
l unica differenza che non emette radiazioni in nessuna parte dello spettro elettromagnetico.
La MO non barionica èsuddivisa a sua volta in: calda e fredda, in base alla velocità, relativistica (c ≈ 300.000
km/s) o non relativistica, che queste particelle possiedono.
La MO non barionica fredda èrappresentata principalmente dalle ipotetiche particelle WIMP (Weakly Interacting
Massive Particles) particelle neutre, dotate di grande massa, debolmente interagenti con la materia ordinaria e
quindi difficilmente rivelabili. L’elemento più leggero di questa famiglia di particelle, il neutralino, èil candidato
più probabile della MO fredda.
Come viene rilevata la MO?
La rivelazione diretta delle WIMP.
Si basa sullo studio dell’interazione elastica delle WIMP con i nuclei opportune sostanze che costituiscono il
rivelatore utilizzato (solitamente scintillatori allo NaI); quando una WIMP attraversa il rivelatore, vi èuna buona
probabilità che urti un nucleo; l’energia di rinculo del nucleo ci da una misura della grandezza della WIMP.
Vari esperimenti cercano altresìdi rilevare queste particelle creandole in acceleratori.
Nel LHC del CERN si cerca di ricreare le condizioni dei primi istanti del Big Bang, producendo artificialmente
particelle supersimmetriche attraverso la collisione di fasci di materia ordinaria ad elevatissima energia.
Al momento attuale (2013) non è stata osservata alcuna nuova particella, ma gli esperimenti proseguono
aumentando ancora di più l’energia di collisione.
La rivelazione indiretta delle WIMP
Questa tecnica si basa sulla misura del flusso di particelle prodotte nell’annichilazione delle WIMP.
Infatti, le WIMP che si trovano nell’alone galattico o addensate all’interno dei corpi celesti (come la Terra o il Sole)
possono interagire tra loro e annichilirsi producendo particelle secondarie (neutrini, antiprotoni, fotoni, positroni,...)
che possono essere rivelate da opportuni apparati sperimentali posti sulla Terra o nello spazio.
La scoperta che il neutrino ha una massa, seppur estremamente piccola, lo rende candidato più probabile a
rappresentare, almeno in parte, la MO calda (v ≈ 300.000 km/s).
Riassumendo:
Si pensa che almeno il 90% della MO sia non barionica. Viene fatta una distinzione tra materia non barionica
fredda, rappresentata essenzialmente dalle ipotetiche particelle "lente” WIMP e materia non barionica calda,
rappresentata dai neutrini, particelle con velocità prossime a quella della luce.
Le teorie che descrivono l’evoluzione dell’Universo indicano che la MO era presente in percentuale maggiore
all’inizio del Big Bang rispetto al tempo attuale.
Si pensa, inoltre, che energia oscura e materia oscura siano state in contrasto fin dall’inizio dell’Universo.
Col progredire del tempo, ’
l energia oscura ha preso il sopravvento e da circa 4-5 miliardi di anni l'universo si sta
espandendo con forte accelerazione.
