Materia oscura ed energia oscura
Oggi i-le ricercatori-trici stimano che l'universo sia composto solo per circa il 5% da materia visibile, ovvero quella che noi percepiamo. A questa si aggiunge il 26,8% di cosiddetta materia oscura e il 68,3% di energia oscura.
La materia oscura rafforza la gravità
L'astrofisico svizzero Fritz Zwicky è stato uno dei primi ricercatori a utilizzare il termine «materia oscura». Nel 1933 osservò l'ammasso galattico Coma. Stimò la massa totale dell'ammasso galattico sulla base delle galassie visibili e riuscì così a determinare la forza di attrazione, ovvero la gravità, che vi regnava. Successivamente determinò la velocità delle singole galassie e notò che alcune di esse viaggiavano a una velocità tale da superare la gravità dell'ammasso e allontanarsi, come un razzo abbastanza veloce da superare la forza di attrazione terrestre. Tuttavia, queste galassie non si allontanano, ma rimangono nell'ammasso galattico. Da questa contraddizione, Zwicky dedusse che la gravità e quindi la massa dell'ammasso galattico dovevano essere molto maggiori di quanto avesse stimato. Poiché questa massa non era visibile, coniò il termine «materia oscura». Si tratta di materia che contribuisce alla gravità, ma che non è percepibile dai nostri sensi.
Le lenti gravitazionali aiutano a studiare la materia oscura
Secondo la teoria della relatività generale, gli oggetti molto massicci deviano le radiazioni elettromagnetiche e quindi anche la luce visibile. Agiscono quindi sulla luce in modo simile alle lenti ottiche. Per questo motivo i-le ricercatori-trici le chiamano lenti gravitazionali. Da un lato, queste lenti gravitazionali forniscono indizi sull'esistenza della materia oscura, dall'altro potrebbero anche servire per saperne di più su di essa.
In teoria, ogni massa devia la luce, ma questo fenomeno diventa rilevante per le osservazioni astronomiche solo a grandi distanze, come nel caso delle galassie, degli ammassi galattici o dei buchi neri. Gli oggetti che si trovano dietro la lente gravitazionale, visti dall'osservatore, appaiono ad esempio doppi, distorti o amplificati. Quando i-le ricercatori-trici contano le galassie in un ammasso galattico e le confrontano con l'effetto di deflessione che questo ammasso esercita sulla luce proveniente da altri oggetti, notano che la massa delle galassie visibili non è sufficiente a spiegarlo. Questo è un ulteriore indizio dell'esistenza della materia oscura. I-le ricercatori-trici sperano di poter ottenere maggiori informazioni attraverso le lenti gravitazionali, ad esempio sulla distribuzione della materia oscura o persino sulla sua composizione.
L'energia oscura spiega il comportamento dell'universo
L'energia oscura è un termine utilizzato dai-lle cosmologi-ghe per spiegare due fenomeni.
- L'energia oscura è la causa dell'espansione accelerata dell'universo. Negli anni '90, i-le ricercatori-trici sono riusciti a dimostrare attraverso misurazioni che l'universo si espande in modo accelerato e per questo hanno ricevuto nel 2011 il Premio Nobel per la Fisica: le supernove lontane, che vediamo come erano in passato perché la luce impiega molto tempo per raggiungerci, si allontanano dalla Terra più lentamente delle supernove vicine, la cui luce è più “giovane”. Il fatto che l'universo si espanda non ha stupito nessuno. I-le ricercatori-trici lo hanno spiegato con la teoria del Big Bang: tutta la massa dell'universo attuale era concentrata in un punto e si è espansa in tutte le direzioni durante il Big Bang 13 miliardi di anni fa. Classicamente, ci si aspetterebbe che l'espansione rallenti con il passare del tempo, poiché gli oggetti si attraggono reciprocamente per gravità e quindi frenano gradualmente l'espansione. Le osservazioni delle supernove smentiscono questa teoria e i-le ricercatori-trici spiegano l'accelerazione dell'espansione con l'esistenza dell'energia oscura, che agisce in modo opposto alla gravità e spinge l'universo ad allontanarsi.
- Un altro indizio dell'esistenza dell'energia oscura è, in parole povere, il fatto che nel nostro universo prevale la geometria euclidea. Si tratta della geometria classica che impariamo a scuola. I fisici affermano che l'universo è piatto. La materia visibile e la materia oscura stimata non sono sufficienti a rendere piatto l'universo. Solo l'esistenza dell'energia oscura può spiegare questo fatto.
