La scienza avanza per falsificazioni: “Si procede eliminando via via gli elementi che possono essere contro lo scenario prevalente” e lo studio di Valerio Marra e collaboratori, pubblicato su Nature Astronomy pochi giorni fa, ne rappresenta un caso esemplare, in quanto è riuscito a “contraddire una teoria alternativa alla materia oscura che era stata formulata agli inizi degli anni '80, secondo cui un certo comportamento nelle curve di rotazione delle galassie a spirale si poteva spiegare come una variazione rispetto alla normale legge della gravitazione universale di Newton”.
Sabino Matarrese, professore di Astrofisica e Cosmologia all'università di Padova, nonché supervisor di dottorato proprio di Valerio Marra (ora in Brasile alla Usef di Vitória), è stato ospite ai microfoni de Il Bo Live per spiegare che cos'è la materia oscura, perché è così difficile osservarla e qual è il suo ruolo nel modello cosmologico standard.
Sabino Matarrese, professore di astronomia e cosmologia dell'università di Padova, spiega cos'è la materia oscura.
“La materia oscura rende conto di circa un quarto dell'energia presente nell'universo. La chiamiamo oscura perché non interagisce con il segnale elettromagnetico, quindi con la luce, e questo rende molto difficile la sua rilevazione. Però sappiamo che esiste sulla base della forza gravitazionale che essa esercita su oggetti luminosi, le stelle, gas, eccetera”.
Lo studio di Valerio Marra e colleghi conferma quindi il pensiero della stra grande maggioranza dei fisici, secondo i quali oggi non dobbiamo modificare la legge di gravitazione di Newton/Einstein, dobbiamo invece introdurre un nuovo ingrediente che non vediamo ma di cui osserviamo gli effetti gravitazionali che è appunto la materia oscura.
Si può dire che in fisica oggi esistono 2 modelli standard di riferimento: uno per il microcosmo, cioè per le particelle fondamentali e le forze che le governano, e uno per il macrocosmo, cioè per come è nato e evoluto l'universo a partire dal Big Bang. Questo secondo modello prevede una presenza nell'universo di circa il 65-70% di energia oscura, 25% di materia oscura, e soltanto il 5% di materia ordinaria, quella di cui siamo fatti noi. “Questo modello si basa su due misteri, dato che non sappiamo cosa sia l'energia oscura e che cosa sia la materia oscura; ciononostante funziona meravigliosamente bene”. La materia oscura gioca un ruolo fondamentale nel modello cosmologico, che prende il nome proprio di Lambda Cdm sta per Cold Dark Matter, che significa proprio Materia oscura fredda. “Per fredda intendiamo particelle animate da moti molto bassi, che si muovono poco, in contrasto con la cosiddetta materia oscura calda, come i neutrini per esempio, che sappiamo che ci sono nel cosmo ma come componente estremamente minoritaria. Il problema della materia oscura fredda è che non sappiamo quali siano le particelle che la compongono. Fino a un paio di anni fa si diceva che il candidato preferito era il cosiddetto neutralino, una particella esotica prevista da teorie supersimmetriche, ovvero teorie che vanno oltre il modello standard delle particelle elementari. Poi c'è il secondo candidato che viene chiamato assione. Solo che dopo la scoperta del bosone di Higgs da parte dell'Lhc al Cern di Ginevra, siamo entrati in una fase in cui sembra difficile avere evidenze fisiche oltre il modello standard”.
“ Il fatto stesso che sia necessario avere materia oscura e energia oscura è già di per sé una crisi del modello standard Sabino Matarrese
Nel mondo delle microparticelle la comunità scientifica ha messo in piedi un maxi esperimento, quello del Cern di Ginevra appunto, per testare empiricamente le predizioni teoriche fatte dal modello standard delle particelle elementari. Per quanto riguarda il modello cosmologico la ricerca delle evidenze empiriche dell'esistenza di materia oscura sta proseguendo, sia a livello astronomico e cosmologico (ad esempio con le misure della radiazione cosmica di fondo, con il satellite Planck – missione cui Matarrese partecipa da molti anni) sia a livello particellare (con l'esperimento Underground). “Evidenze indirette non solo dell'esistenza della materia oscura, ma anche delle caratteristiche della materia oscura ne abbiamo veramente tante e ogni tentativo di modificare il modello si è sempre scontrato con delle grosse difficoltà. Noi ad esempio non sappiamo misurare la massa della materia oscura, ma sappiamo misurarne l'abbondanza e la distribuzione nel cosmo”.
Se un giorno verranno trovate le componenti microscopiche della materia oscura probabilmente molte strade, fino a lì ipotetiche e speculative, si chiuderanno e molte altre al contempo se ne apriranno, verso quella che alcuni chiamano una nuova fisica. “Il fatto stesso che sia necessario avere materia oscura e energia oscura è già di per sé una crisi del modello standard”. Ma questo in fondo è proprio il bello della scienza: le nuove scoperte mettono sempre in crisi quello che già sapevamo.
