Guarda l’invisibile! Come facciamo a sapere che esiste la materia oscura?

La materia oscura è una di quelle cose che attira la nostra attenzione quando ne sentiamo parlare. Il nome stesso “materia oscura” può suscitare curiosità di per sé. Cos’è qualcosa che non possiamo vedere? Come facciamo a sapere che qualcosa esiste se non possiamo osservarlo in alcun modo?

Il nome materia oscura fu introdotto solo all’inizio del XX secolo dal fisico Henri Poincaré. Rispose al problema posto da Lord Kelvin: l’idea dell’esistenza di stelle vicine al sole E che un gran numero potrebbero essere oggetti oscuri.

Più di un secolo dopo, abbiamo prove osservative che la materia può essere osservata È solo una piccola frazione di tutta la materia disponibile nell’universo. Come siamo arrivati ​​a questa conclusione? Come monitorare l’invisibile?

Componenti dell’universo

Se l’universo potesse essere diviso in componenti, avremmo tre componenti: materia visibile, materia oscura ed energia oscura. La materia visibile è tutto ciò che interagisce con la luce Che arriva ai nostri occhi direttamente o con l’ausilio di apparecchiature, come i telescopi.

Due degli ingredienti che insieme costituiscono il 95% dell’universo ci sono invisibili e sappiamo a malapena cosa siano.

In altre parole, viviamo in un universo che… Il 95% è ancora un mistero per noi. Ma ci sono osservazioni e prove che ci mostrano la direzione per trovare la risposta a cosa sia ciascuno di questi componenti.

Quando trovi qualcosa che non esiste

All’inizio del XX secolo molti fisici e astronomi studiarono la materia oscura. Ma la prima prova concreta fu fornita dall’astrofisico Fritz Zwicky negli anni ’30. Zwicky ha studiato un gruppo di galassie chiamato Coma Cluster.

Calcolando la relazione tra la massa e il movimento delle galassie nell’ammasso, giunse alla conclusione che la massa richiesta è molto maggiore della massa osservata.

Ma l’osservazione più famosa, che fino ad oggi è responsabile di gran parte di ciò che sappiamo sulla materia oscura, È stato il lavoro dell’astronomo Vera Rubin.

Le galassie ruotano più velocemente di quanto dovrebbero

La velocità di Keplero, che determina la velocità e il movimento delle orbite attorno a una massa centrale, spiega vari sistemi. La dinamica del sistema solare stesso è spiegata dalle leggi di Keplero.

Una proprietà è che più un oggetto è vicino alla massa centrale, maggiore è la sua velocità orbitale. Questo è il motivo per cui Mercurio, il pianeta più vicino al Sole, ruota molto più velocemente di Nettuno, il pianeta più lontano dal Sole.

Vera Rubin: Madre della Materia Oscura

L’astronoma Vera Rubin ha dedicato la sua vita allo studio delle galassie, in particolare della galassia di Andromeda. Quando si studiano le galassie Rubin osservò che le stelle ai bordi delle galassie ruotano alla stessa velocità delle stelle al centro. Ciò si discosta dal buon senso dettato dalle leggi di Keplero.

Le stelle si stavano muovendo più velocemente del previsto. Robin allora Suggerì che queste stelle fossero all’interno di un tipo di campo, chiamato corona, composto di materia oscura.

La scoperta di Rubin è stata la prova migliore per dimostrare l’esistenza di un elemento che non potevamo vedere: la materia oscura. Dopo questa scoperta, un nuovo campo dell’astronomia divenne caldo poiché tutti volevano capire di cosa si trattasse.

Un altro modo per osservare l’invisibile

La lente gravitazionale si verifica quando il percorso della luce cambia a causa della massa sul suo percorso. La massa può distorcere la luce in vari modi, provocando la duplicazione dell’immagine o addirittura la funzione di una lente d’ingrandimento.

Quando una galassia o un ammasso si trova nel percorso della luce, è possibile misurare con elevata precisione la quantità di materia necessaria per causare la distorsione.

Usando queste deformazioni e calcolando quanta massa è presente, È possibile calcolare la quantità di materia oscura presente in quella galassia o ammasso. Al giorno d’oggi, l’uso della lente gravitazionale per questo scopo è molto sofisticato ed estremamente preciso.

Ma come possiamo osservare ciò che è invisibile?

Una delle proprietà della materia oscura è che non interagisce elettromagneticamente con nulla. Qualunque, La luce non viene riflessa, assorbita o emessa dalle aree di materia oscura. In questo senso della parola è qualcosa di veramente invisibile anche ai migliori telescopi.

La materia oscura interagisce in un altro modo: la gravità. La sua massa è in grado di interagire attraverso la gravità con la materia visibile e in questo modo diventa visibile a noi, solo attraverso la gravità. In altre parole, ci è visibile per gravità.

Cos’è, dopotutto, la materia oscura?

La risposta che abbiamo fino ad oggi è… non lo sappiamo. Lo studio della materia oscura ha solo pochi decenni, quindi l’area è relativamente nuova. La difficoltà di non avere osservazioni nello spettro elettromagnetico non ha precedenti nell’astronomia, che si basava esclusivamente sulla luce.

Esistono diverse proposte per spiegare la materia oscura, dai piccoli buchi neri ai cambiamenti nelle leggi di gravità. nonostante, La spiegazione preferita dalla maggior parte degli astrofisici è quella dei WIMP.

Le particelle inerti (WIMP) sono particelle massicce che interagiscono debolmente. Non ci sono ancora osservazioni di queste particelle, quindi rimangono nel regno delle ipotesi.