Le galassie nel nostro universo sembrano raggiungere un’impresa impossibile. Stanno ruotando con una velocità tale che la gravità generata dalla loro materia osservabile non potrebbe tenerle insieme; dovrebbero essersi divise molto tempo fa. Lo stesso vale per le galassie negli ammassi, il che porta gli scienziati a credere che qualcosa che non possiamo vedere sia all’opera. Pensano che qualcosa che dobbiamo ancora rilevare direttamente stia dando a queste galassie una massa extra, generando la gravità extra di cui hanno bisogno per rimanere intatte. Questa strana e sconosciuta materia è stata chiamata “materia oscura” poiché non è visibile.
Materia oscura
A differenza della materia normale, la materia oscura non interagisce con la forza elettromagnetica. Questo significa che non assorbe, riflette o emette luce, rendendola estremamente difficile da individuare. Infatti, i ricercatori sono stati in grado di dedurre l’esistenza della materia oscura solo dall’effetto gravitazionale che sembra avere sulla materia visibile. La materia oscura sembra superare la materia visibile di circa sei a uno, costituendo circa il 27% dell’universo. Ecco un dato sconfortante: la materia che conosciamo e che compone tutte le stelle e le galassie rappresenta solo il 5% del contenuto dell’universo! Ma cos’è la materia oscura? Un’idea è che potrebbe contenere “particelle supersimmetriche” – particelle ipotizzate che sono partner di quelle già note nel Modello Standard. Gli esperimenti al Large Hadron Collider (LHC) potrebbero fornire indizi più diretti sulla materia oscura.
Molte teorie dicono che le particelle di materia oscura sarebbero abbastanza leggere da essere prodotte al LHC. Se venissero create all’LHC, sfuggirebbero attraverso i rivelatori senza essere notate. Tuttavia, porterebbero via energia e quantità di moto, così i fisici potrebbero dedurre la loro esistenza dalla quantità di energia e quantità di moto “mancanti” dopo una collisione. I candidati della materia oscura emergono frequentemente nelle teorie che suggeriscono la fisica oltre il Modello Standard, come la supersimmetria e le dimensioni extra. Una teoria suggerisce l’esistenza di una “Hidden Valley”, un mondo parallelo fatto di materia oscura che ha molto poco in comune con la materia che conosciamo. Se una di queste teorie si rivelasse vera, potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere meglio la composizione del nostro universo e, in particolare, come le galassie si tengono insieme.
L’energia oscura
L’energia oscura costituisce circa il 68% dell’universo e sembra essere associata al vuoto nello spazio. È distribuita uniformemente in tutto l’universo, non solo nello spazio ma anche nel tempo – in altre parole, il suo effetto non si diluisce con l’espansione dell’universo. La distribuzione uniforme significa che l’energia oscura non ha effetti gravitazionali locali, ma piuttosto un effetto globale sull’universo nel suo complesso. Questo porta ad una forza repulsiva, che tende ad accelerare l’espansione dell’universo. Il tasso di espansione e la sua accelerazione possono essere misurati da osservazioni basate sulla legge di Hubble. Queste misurazioni, insieme ad altri dati scientifici, hanno confermato l’esistenza dell’energia oscura e forniscono una stima della quantità di questa misteriosa sostanza.