Materia oscura nell’Universo: ora abbiamo le prove che esiste davvero

poco meno di cento anni fu proposta l’esistenza della materia oscura. Era il 1937 quando l’astronomo svizzero Fritz Zwicky ne ipotizzò per primo l’esistenza osservando diverse galassie all’interno dell’ammasso della Chioma e provando ad approssimare la loro massa. Ipotizzò che l’ammasso era tenuto insieme da una “materia oscura” invisibile. Oggi, dopo quasi un secolo, una ricerca basata sui dati del telescopio spaziale a raggi gamma della NASA Fermi potrebbe aver fornito le prime prove dirette dell’esistenza della materia oscura. Ecco qualche dettaglio che “Focus” ha ben riassunto…

Si scriveva fino a poco fa che la materia oscura è una forma ipotetica di materia invisibile che non emette, assorbe o riflette luce, ma costituisce circa il 27% dell’universo, dominando la sua massa oltre la materia ordinaria (5%). La sua presenza si deduce dagli effetti gravitazionali, come la rotazione delle galassie e le lenti gravitazionali, e si pensa sia composta da particelle esotiche debolmente interagenti (WIMPs o altre), la cui natura è uno dei più grandi misteri della cosmologia, con ricerche attive per rilevarle direttamente. L’Istituto di Fisica del Gran Sasso scriveva a proposito che “la nascita della Materia Oscura è profondamente legata ai grandi progressi fatti in Cosmologia, la branca della Fisica che studia la nascita e l’evoluzione del nostro Universo. Fino alla prima metà del 1900 si credeva che la quasi totalità della massa dell’Universo risiedesse nelle stelle; oggi invece sappiamo che queste costituiscono soltanto una percentuale irrisoria della materia cosmica (circa il 4%). La restante parte della massa dell’Universo non è visibile e a tale massa mancante si dà appunto il nome di Materia Oscura. Gli scienziati, inoltre, pensano che accanto alla Materia Oscura esista una particolare forma di energia (nota come Energia Oscura), la quale, secondo il principio di equivalenza di Einstein (E = mc²), è in grado di dar conto della maggior parte della massa dell’Universo”. 

La materia oscura è un mistero che accompagna fisica e astronomia da quasi un secolo. Dalla sua formulazione, all’inizio del ventesimo secolo, l’idea che debba esistere della materia invisibile, ma capace di far sentire i propri effetti gravitazionali nell’Universo, è diventata sempre più indispensabile per spiegare un grande numero di fenomeni cosmici: dal moto delle galassie, alla loro nascita ed evoluzione. Il problema è che nonostante decenni di ricerche, nessuno è riuscito a dimostrarne l’esistenza. Oggi quella ipotesi ha trovato una grande conferma.

Arriva da uno studio, guidato da Tomonori Totani, astronomo dell’Università di Tokyo, è stato pubblicato sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. «Abbiamo rilevato raggi gamma con un’energia fotonica di 20 gigaelettronvolt (o 20 miliardi di elettronvolt, una quantità di energia estremamente elevata) che si estendono in una struttura simile a un alone verso il centro della Via Lattea», racconta lo scienziato Totani che è partito da un’analisi dei dati del telescopio Fermi. «La componente di emissione dei raggi gamma corrisponde strettamente alla forma attesa dall’alone di materia oscura». Anche l’intensità di emissione dei raggi gamma corrisponde all’emissione che dovrebbe essere prodotta dal processo di distruzione di ipotetiche particelle WIMP, componenti candidate della materia oscura, e lo stesso discorso vale per la frequenza di emissione di raggi gamma. Insomma queste emissioni in quella zona della Via Lattea non sembrerebbero facilmente spiegabili con altri fenomeni astronomici noti. I risultati del gruppo giapponese andranno verificati da altri ricercatori in modo indipendente. Occorrerà confermare che simili radiazioni che si propagano come in un alone non possano essere causate da altri fenomeni, e anche ricercare ulteriori prove di collisioni tra particelle WIMP con la rispettiva firma energetica anche in altre località che si sospetta ospitino grandi quantità di materia oscura.

Una delle spiegazioni più accettate vuole che la materia oscura si fatta di particelle di grande massa debolmente interagenti (weakly interacting massive particles, WIMP), che sono più pesanti dei protoni e interagiscono molto debolmente con la materia normale. Quando due WIMP si scontrano, si annichilano a vicenda (si distruggono completamente) producendo particelle più familiari, tra cui i raggi gamma.

Tomonori Totani è convinto di aver rilevato al centro della Via Lattea i raggi gamma specifici di questo processo, ipoteticamente una “firma” diretta della presenza di materia oscura.