Anche noi siamo circondati dalla materia oscura. La prima prova diretta della sua presenza intorno a noi viene da uno studio coordinato da ricercatori italiani.
Così si aprono nuove, interessanti prospettive per lo studio del "dark side" dell'Universo
ALZI LA MANO chi non è mai rimasto a bocca aperta di fronte allo spettacolo del cielo stellato. Eppure le stelle che vediamo sono solo una piccolissima parte dell'Universo conosciuto. Esiste un lato del cosmo invisibile ai telescopi, che è dominato dalla misteriosa materia oscura. Come si intuisce dal nome, questa strana forma di materia non emette luce, tuttavia gli scienziati sono riusciti a scovarla in molte galassie, studiando l'attrazione gravitazionale che essa esercita sull'ambiente circostante. La materia oscura si annida anche nella Via Lattea, la Galassia in cui viviamo, anche se è molto difficile capire con precisione quanta ce ne sia e dove si trovi. Ma un nuovo studio fa ora luce, è proprio il caso di dirlo, sul "lato oscuro" della nostra Galassia. Tre ricercatori, di cui due italiani, hanno infatti studiato la velocità delle stelle e nubi di gas nelle regioni interne della Galassia, usandole per misurare il contenuto di materia oscura nel nostro "vicinato" galattico. Lo studio, pubblicato su Nature Physics, è un passo fondamentale per capire meglio la struttura e l'evoluzione della Via Lattea, e apre nuove strade per le ricerche sulla natura della Materia Oscura.
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C'è materia oscura nella nostra Galassia. È stata "scoperta" grazie a uno studio coordinato da ricercatori italiani. È il primo passo per capire il lato oscuro dell'Universo. In questa immagine la mappa delle stelle e nubi di gas usate per individuare la materia oscura nella Via Lattea (sullo sfondo). I colori dipendono dal moto relativo rispetto al Sole, e l'alone blu illustra la distribuzione di materia oscura derivata in questo nuovo studio (Credits: APOD/Serge Brunier). (A cura di Massimiliano Razzano)
In base alla Millennium Simulation, una complessa simulazione condotta all'Istituto Max Planck per l'Astrofisica, nei pressi di Monaco di Baviera, questa è la distribuzione di materia su grande scala. Fra i filamenti di materia visibile si trovano grandi quantità di materia oscura (Credit: Springel et al. - 2005).
Zoom dalla Millennium Simulation che mostra la materia oscura su diverse scale di grandezza (Credit: Springel et al. - 2005).
Il contenuto dell'Universo oggi (sopra) e quando aveva "solo" 380mila anni (Wikipedia).
Il "Bullet Cluster", uno degli ammassi di galassie in cui è stata misurata la presenza di materia oscura (X-ray: Nasa/Cxc/CfA/ M. Markevitch et al.; Lensing Map: Nasa/STScI; Eso Wfi; Magellan/U. Arizona/ D. Clowe et al. Optical: Nasa/STScI; Magellan/U. Arizona/D. Clowe et al.).
Immagine artistica della nostra Galassia (Credit: Nasa/Jpl-Caltech/Eso/R. Hurt).
Panorama che mostra l'intera Via Lattea visibile da terra (Credit: ESO/S. Brunier).
L'Universo oscuro. La materia oscura è uno dei misteri più affascinanti della fisica moderna. A differenza della materia di cui siamo fatti tutti noi, detta materia barionica, la materia oscura non emette luce ed è quindi impossibile da vedere direttamente. Per determinare la sua presenza ci si affida però allo studio delle perturbazioni gravitazionali esercitate sugli altri corpi, e da queste misure emerge uno scenario decisamente curioso. Tutte le stelle, le nebulose e le galassie visibili sono una frazione minoritaria del bilancio cosmico: la materia oscura costituisce circa l'85% della materia dell'Universo, Via Lattea compresa. "I nostri risultati confermano per la prima volta, in maniera estremamente precisa e senza ombra di dubbio, la presenza della materia oscura nella 'regione interna' della Galassia, ovvero fra noi e il centro della Galassia", ha raccontato a Repubblica.it Fabio Iocco, primo autore dello studio. Iocco, che lavora all'ICTP-South American Institute for Fundamental Research di Sao Paulo in Brasile, ha deciso infatti di capire meglio il "lato oscuro" della nostra Galassia, "Sappiamo, grazie a osservazioni già esistenti, che la maggior parte della Galassia è fatta di materia oscura, ma prima d'ora non si era mai riusciti a guardare così in dettaglio, in una regione così piccola. Dalla teoria ci aspettiamo che ci sia materia oscura in questa regione, anche se meno della materia visibile. Noi siamo riusciti a raggiungere un livello di precisione tale da risolvere questa componente più piccola".
Come ti peso la Galassia. Ma come si fa a "vedere" qualcosa di invisibile? È un problema con cui gli astronomi si scontrano abbastanza spesso, ma che hanno imparato ad affrontare. Per capire come, possiamo partire dalle leggi di Keplero studiate sui libri di scuola. Semplificando un pochino, se prendiamo come esempio il Sistema Solare, la velocità orbitale di un pianeta dipende dalla massa del Sole e dalla distanza che lo separa dal pianeta. Per questo motivo i pianeti più lontani, come Nettuno o Urano orbitano più lentamente rispetto a quelli più vicini, come ad esempio la Terra. Un discorso analogo vale per l'intera Galassia: misurando quindi le velocità delle stelle e delle nubi a varie distanze dal nucleo galattico è possibile stimare la quantità di materia, oscura e non, nelle regioni interne della Via Lattea. In un certo senso, in questo modo è possibile "pesare" la Via Lattea, ed è proprio questo il metodo seguito da Iocco e colleghi, che negli anni hanno costruito un team affiatato. I ricercatori hanno infatti raccolto quasi 2800 misure di velocità di nubi di gas e di stelle e ne hanno studiato l'andamento in funzione della distanza dal centro galattico, costruendo quelle che sono chiamate in gergo "curve di rotazione".
Ovunque intorno a noi. Queste misure sono state poi confrontate con quelle previste dai modelli basati sulla distribuzione della materia ordinaria visibile nella Galassia. La differenza fra queste previsioni e i dati osservativi è stata quindi usata per calcolare il contributo di materia oscura nella Via Lattea. "Per la prima volta siamo in grado di dimostrare direttamente l'esistenza di grandi quantità di materia oscura nel cuore della Galassia in cui viviamo, dove si trovano la Terra e tutto il Sistema Solare", sottolinea Gianfranco Bertone dell'Università di Amsterdam, coautore dello studio. "Che questo fosse il caso si sospettava da tempo, ma fino a oggi ne mancava la prova diretta: la misteriosa materia oscura che osserviamo nelle grandi strutture dell'universo è presente anche intorno a noi".
Ancora tanto da scoprire. I tre ricercatori hanno fornito un risultato che dimostra in modo convincente la presenza di materia oscura nelle regioni interne della Via Lattea, compresi i dintorni del Sistema Solare. Ma restano ovviamente molti enigmi da risolvere, ad esempio capire come essa sia distribuita nella Galassia. "I nostri risultati aprono una nuova strada per misurare la quantità di materia oscura nella nostra galassia con una precisione mai raggiunta", aggiunge Miguel Pato dell'Università di Stoccolma, che ha preso parte allo studio. "Questo sarà cruciale per i diversi esperimenti sparsi per il mondo che sono alla ricerca delle particelle di materia oscura". La natura stessa della materia oscura è ancora un mistero, e per scoprire di quali particelle sia fatta, gli scienziati hanno costruito molti esperimenti scientifici che operano a terra e nello spazio. Non facciamoci quindi ingannare dalle apparenze. Là fuori, nella Galassia, c'è ancora tanto da scoprire.
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