Dove si nasconde la materia oscura?

Circa settanta anni fa, un astronomo svizzero di nome Fritz Swicky osservò che certe galassie, appartenenti ad uno dei tanti ammassi che popolano l’Universo, si muovevano troppo velocemente. Proprio come le automobili sono tenute a rispettare i limiti di velocità imposti dal codice della strada, così le galassie, quando viaggiano in un gruppo, non possono muoversi più velocemente di quanto le leggi del moto di Newton consentano, in relazione alla quantità di materia presente. Le galassie di Zwicky non avrebbero potuto orbitare all’interno dell’ammasso a quelle velocità, a meno che le leggi del moto di Newton cessassero di essere valide su grandi distanze o a meno che nell’ammasso fosse presente molta più materia (circa 200 volte di più) di quella che veniva osservata con i telescopi. Mettere in discussione le leggi della dinamica era fuori discussione e nessun astronomo sano di mente avrebbe mai ipotizzato l’esistenza di un’enorme quantità di materia invisibile, ma Zwicky lo fece e fu ridicolizzato dal mondo scientifico. Lo scontro tra Zwicky e i rappresentanti dell’elite astronomica del tempo (“gli alti sacerdoti e i loro sicofanti” oppure “i bastardi sferici, ovvero bastardi da qualsiasi parte li si guardi” come ebbe modo di definirli l’astronomo svizzero) fu molto duro. Zwicky arrivò ad accusare i colleghi di avergli addirittura rubato il premio Nobel. Un quarto di secolo dopo un’astronoma di nome Vera Rubin riprese l’ipotesi avanzata da Zwicky per spiegare l’eccessiva velocità orbitale delle stelle nella nostra galassia: in questo caso la massa della materia mancante necessaria per far tornare i conti con le leggi di Newton era stata calcolata pari a circa 10 volte quella della materia visibile. Ma siccome la Rubin era una donna fu ignorata. Solo nel 1978 (dopo la morte di Zwichy) quando molte altre galassie mostrarono comportamenti anomali (eccessiva velocità di rotazione o, detto in altro modo, enormi quantità di massa mancante) la comunità scientifica si convinse che da qualche parte, nello spazio cosmico, doveva nascondersi una quantità di materia almeno dieci volte maggiore di quella visibile, una materia non in grado di emettere, né di riflettere la luce: una materia oscura. Da allora fisici, astronomi, astrofisici e cosmologi hanno cominciato a dare la caccia a questa misteriosa componente dell’Universo che si manifesta solo attraverso effetti gravitazionali e non interagisce in alcun modo con la materia ordinaria. Grazie alla sua proprietà di lente gravitazionale, oggi sappiamo esattamente dove si trova; sono state realizzate mappe tridimensionali che ci indicano come essa è distribuita nell’Universo (vedi figura), ma non si sa da cosa è costituita. E come sempre avviene di fronte ai grandi misteri della natura, tra i ricercatori si sfiora la rissa. C’è chi ritiene che sia formata da materia ordinaria poco luminosa: ad esempio da stelle nane brune, stelle di neutroni, buchi neri; c’è chi pensa che sia formata da particelle leggere di cui si conosce l’esistenza, come ad esempio i neutrini; c’è chi ritiene sia costituita da particelle sconosciute che interagiscono debolmente con la materia ordinaria: le WIMPS (acronimo che sta per “particelle massive debolmente interagenti”). Queste ultime sono da molti ritenute le candidate più promettenti al ruolo di materia oscura e sarebbero associate all’esistenza di dimensioni extra dell’Universo, cioè dimensioni ulteriori rispetto alle quattro (tre spaziali e una temporale) che ci sono familiari. C’è infine chi pensa che la materia oscura non esista e che occorra rimetter mano alle leggi di Newton e alla relatività di Einstein per spiegare queste anomalie gravitazionali.

E’ recente (maggio 2009) la scoperta, fatta da uno strumento (l’ATIC) portato in quota da un pallone sonda, di uno strano eccesso di elettroni e positroni provenienti dallo spazio, con una determinata energia che farebbe pensare all’annichilazione di particelle ed antiparticelle di materia oscura. Secondo alcune teorie infatti sembra che la materia oscura si manifesti solo quando cessa di esistere, cioè quando particelle e antiparticelle che la compongono si incontrano e si annichiliscono rilasciando energia che in qualche modo entra nei nostri strumenti. La notizia della scoperta ha subito fatto il giro del mondo e i giornali (sempre a caccia di scoop) hanno titolato: “Scoperta la materia oscura”. Misure analoghe effettuate con il telescopio spaziale a raggi gamma “Fermi” non hanno però confermato le osservazioni dell’ATIC. Inoltre la teoria non è tanto sicura, in quanto l’eccesso di elettroni e positroni in determinati intervalli di energia, potrebbe essere dovuto alle pulsar (stelle di neutroni in rapida rotazione) e quindi rientrare nella categoria dei fenomeni noti. Il gruppo di ricercatori dell’ATIC però non molla.
Le dispute e le risse tra ricercatori, nel segno della migliore tradizione scientifica, continuano e intanto la materia oscura, il 90% della massa dell’Universo, il corpo sommerso dell’iceberg, resta nascosta da qualche parte.