Pochi anni più tardi si scopri che la massa “visibile” ed interagente non bastava a spiegare gli strani movimenti rotatori di alcuni oggetti celesti. Più avanti nel tempo, sino ad arrivare ai recenti anni ’90, si scopri che l’espansione dell’universo stava accelerando. Si dovette allora rivedere le stime di massa-energia dell’universo e a malincuore si crearono nuove grandezze sconosciute, “oscure” per spiegare questi fenomeni.

Come avrete capito, sto parlando di materia oscura ed energia oscura. Uno dei strumenti più potenti offerti dalla moderna astronomia per studiare questi fenomeni è rappresentato dai cosiddetti telescopi di Einstein. La relatività generale stabilisce infatti che la massa distorce la trama dello spazio-tempo con un’intensità proporzionale alla massa stessa. Einstein riuscì a dimostrare che, a causa di questo fenomeno, la radiazione elettromagnetica poteva subire dei strani effetti di distorsione senza distinzione di lunghezza d’onda. Queste distorsioni sono molto simili a quelle delle normali lenti ottiche e, non a caso, vengono dette “lenti gravitazionali”. La luce, infatti, tende a percorrere vie che minimizzano il tempo del tragitto (linee brachistocrone) ed in uno spazio-tempo curvo non è detto che la linea retta sia la strada più breve.

Questi effetti possono essere utilizzati per studiare oggetti molto lontani e massicci che agiscono da lenti a corpi celesti ancora più lontani. Ma l’intensità del fenomeno dipende dalla massa e, se la massa visibile non è tutta quella che realmente dovrebbe esserci, l’effetto lente può essere utilizzato per identificare le quantità e le posizione della cosiddetta materia mancante, la materia oscura.

Questo è il caso del più recente lavoro di ricerca effettuato con il contributo del telescopio spaziale Hubble. Dopo lunghe esposizioni con il “cannocchiale” puntato sul superammasso di galassie di Abell (una delle più grandi strutture dell’universo visibile) e dopo lunghi e dettagliati studi sulle lenti gravitazionali del superammasso verso galassie più lontane, si è riusciti a riprodurre la più grande e dettagliata mappa di materia oscura mai effettuata.

Le regioni in azzurro nell’immagine di sopra rappresentano i grandi aloni di materia oscura che circondano ogni galassia dell’universo, compresa la nostra. L’idea di un alone di materia che permea la nostra stessa galassia con un’estensione di almeno 10 volte maggiore di quella della materia visibile fa venire i brividi. L’idea di un’intera galassia fatta di sola materia oscura che orbita la nostra fa salire ancora di più l’eccitazione. E se vi dico che la materia ordinaria rappresenta solo il 4% dell’intera materia dell’universo?

da UniverseToday

]]> http://julianajazi.com/blog/mappa-di-materia-oscura-con-lenti-gravitazionali/feed 0 http://julianajazi.com/blog/universo-senza-tempo-oltre-il-big-bang http://julianajazi.com/blog/universo-senza-tempo-oltre-il-big-bang#comments Sun, 07 Feb 2010 14:06:54 +0000 Julian http://julianajazi.com/?p=1573 Neil Turok dell’Università di Cambridge e Paul Steinhardt professore di scienza e direttore del Princeton Center for Theoretical Science all’ Università di Princeton immaginano  una teoria radicale sul pre Big Bang. Essi pensano che l’Universo in cui viviamo in realtà venne creato da una collisione ciclica di due Universi (che definiscono come brane tridimensionali più il tempo) che avviene ogni 10^12 o meglio 1000 miliardi di anni. Gli Universi si avvicinarono a causa dell’attrazione provocata dalla furiuscita di gravità di uno dei due.

Secondo questa visione, i fenomeni (ancora incogniti) che avrebbero causato l‘inflazione dell’Universo dopo il Big Bang verrebbero rimpiazzati dal fatto che l’Universo che era già grande, piatto ed uniforme. L’energia oscura è vista come effetto della costante perdita gravitazionale dell’altro Universo sul nostro, cosa che guida l’espansione accelerata. Il Big Bang non viene visto come l’inizio dello spazio-tempo ma come un ponte verso un passato pieno di infiniti cicli evolutivi, ognuno accompagnato dalla creazione di nuova materia e dalla formazione di nuove galassie, stelle e pianeti.

Turok e Steinhardt si sono ispirati ad un a conferenza di Burt Ovrut, fisico teorico e professore all’Università della Pennsylvania. Questi immaginava due brane di universi come il nostro, separate da una infinitesima distanza di 10^-32 metri. Secondo lui non ci dovrebbe essere comunicazione tra gli universi ad eccezione della spinta gravitazionale del nostro universo gemello, che potrebbe attraversare il piccolo gap tra i due.

La teoria di Ovrut spiegerebbe anche gli effetti della materia oscura, effetti visibili in aree dell’Universo dove la gravità suggerisce che dovrebbero essere più pesanti della materia visibile effettivamente presente. Con la loro teoria, i fastidiosi problemi che circondano il Big Bang (inizio da cosa e causata da chi o che cosa?) vengono rimpiazzati da una eterno ciclo cosmico dove l’energia oscura non è più una misteriosa quantità sconosciuta, ma piuttosto una forza gravitazionale extra che guida l’interazione universo-universo (brana-brana).

In questo ci viene d’aiuto Wikipedia che dice:“il termine materia oscura indica quella componente di materia che manifesta i suoi effetti gravitazionali in molteplici fenomeni astronomici, ma le cui condizioni o la cui natura sono diverse rispetto alla materia visibile.”

I suoi effetti li vediamo sulla velocità di rotazione di certe galassie che sono troppo veloci se la loro massa solo quella visibile o li vediamo in buchi neri e altri corpi celesti. Ci sono diverse teorie su cosa sia veramente questa materia oscura. C’è chi dice che siano dei resti del Big Bang e chi di recente ha ipotizzato che materia oscura ed energia oscura siano due manifestazioni di un unica forza ancora sconosciuta, una forza che crea campi gravitazionali di gran lunga maggiori a quelli che sarebbero dovuti alla sola materia visibile ed una forza che fa in modo che l’universo si espanda sempre più velocemente mentre per le leggi della fisica classica di newton non dovrebbe essere così ( la forza di gravità è direttamente proporzionale alle masse dei corpi e indirettamente proporzionale alle distanza tra i due ).

Ma torniamo all’argomento del titolo mentre per altri approfondimenti sulla materia oscura li rimando ad un prossimo possibile post. La materia oscura nel nostro Sistema Solare fa parte una ricerca di un Astrofisico di nome Ethan Siegel. Quì di seguito vi do la versione comprensibile di questo studio. In primo luogo, in ogni grande galassia conosciuta ( compresa la nostra ) c’è un grande alone diffuso di materia oscura che permea e circonda ogni stella e massa di gas, qualcosa di simile a questo in figura:

Possiamo modellizzare questo alone e calcolare la quantità di materia osura nella regione di spazio del nostro Sistema Solare. Questo è quello che hanno fatto tutti sino ad adesso quando hanno cercato di calcolare la materia oscura nel Sistema Solare. Ma il nostro Sole ed i pianeti esistono da circa 4,5 miliardi di anni e hanno girato attorno alla galassia per un tempo molto lungo:

Quindi la materia oscura ha flutuato vicino al sole e flutuato via ancora. Ma ecco dove i nostri pianeti sono in realtà importanti: occasionalmente la materia oscura può flutuare vicino ad un pianeta il quale potrà sottrarre dell’energia alla materia oscura. Questo fatto è stato sfruttato per decine di anni dalle sonde esploratrici, usando i pianeti per sottrare energia ed arrivare ai pianeti interni ( quelli prima della fascia degli asteriodi ) e usandoli per dare maggiore energia per arrivare ai pianeti esterni. L’unica cosa di cui abbiamo bisogno per fare questo è la gravità. Quì sotto vi propongo l’esempio della sonda Galileo che prese un “calcio gravitazionale” da Giove:

Quindi quanta materia oscura è stata interessata da questa interazione per farla rimanere nel nostro Sistema Solare? Non tantissima, questo è sicuro ( infatti hanno dovuto testare oltre i trilioni di particelle di materia oscura per avere i risultati! ). Ma il risultato finale suggerisce che ce nè tanta: 10²⁰ kilogrammi di materia oscura è compresa entro i confini del Sistema Solare che equivale a circa il 0.0018% della massa della Terra.

Non siete per niente stupiti? Guardate allora questo piccolo fatto: la denistà di materia oscura presente sulla Terra è di una quantità 16 000 volte superiore a quella che si era prevista precedentemente che non teneva conto della famosa iterazione con i pianeti. Sul grafico di sotto possiamo vedere come si distribuisce realmente la materia oscura rispetto alla vecchia previsione ( DM sta per Dark Matter e AU per Astronomy Unit):

Riuscite a vedere quel primo picco sulla sinistra? Quello è Mercurio. E i seguenti due? Venere e la Terra. ( Marte è troppo piccolo e troppo lontanto perchè si veda qualcosa) Il prossimo grande picco è Giove e se guardate con attenione potete notare un piccolo picco per Saturno e è un pò più giù e confusi con l’andamento generale quelli di Urano e Nettuno.

Sono sicuro che questa ricerca interesserà alla comunità scientifica e che renderà curiose di saperne di più molte persone. Voi che ne pensate?