L'incredibile mistero della materia oscura: perché gli astronomi dicono che manca in azione

Gli astronomi hanno un problema. Ogni volta che studiano la struttura su larga scala dell'universo, diventa presto chiaro che la quantità di materia visibile non può generare abbastanza gravità per tenere insieme le strutture che possono vedere. Cose come gli ammassi di galassie e persino le galassie stesse dovrebbero volare a pezzi data la quantità di materia ordinaria che contengono.

Qualcos'altro deve tenere insieme queste cose. Così gli astronomi hanno inventato l'idea della materia oscura, roba misteriosa, invisibile e non interattiva che riempie l'universo, generando la gravità necessaria per tenere tutto insieme.

Questo non è un piccolo problema che richiede una piccola quantità di massa extra. Il problema è enorme. Secondo l'ultima immagine della struttura su larga scala dell'Universo dalla missione spaziale di Planck, la materia visibile ordinaria costituisce solo il 5% della massa/energia totale dell'Universo, mentre la materia oscura costituisce il 27% (il resto è l'ancora più misteriosa energia oscura).

Per far funzionare i numeri, gli astrofisici ci dicono che la nostra galassia dovrebbe contenere almeno l'80% di materia oscura.

Ciò significa che il nostro sistema solare dovrebbe nuotare nella roba. In effetti, i fisici hanno calcolato che le particelle di materia oscura dovrebbero colpire ogni essere umano sul pianeta a una velocità di 100.000 volte l'anno, come abbiamo visto l'anno scorso.

Ma ciò solleva una domanda importante. Se stiamo solcando un denso mare di materia oscura come suggeriscono gli astrofisici, perché non ne vediamo le prove?

La maggior parte dei rilevatori di materia oscura funziona cercando prove delle collisioni che la materia oscura deve fare con la materia ordinaria. Alcuni di questi esperimenti dicono di aver trovato prove provvisorie di queste collisioni.

Ma c'è un altro modo per cercare la materia oscura, dai suoi effetti gravitazionali sul Sistema Solare stesso. Se il Sole è circondato da una densa zuppa di materia oscura, dovremmo essere in grado di vedere la sua influenza gravitazionale sulle orbite dei pianeti, delle lune e degli asteroidi.

Oggi, Nikolay Pitjev dell'Università Statale di San Pietroburgo ed Elena Pitjeva dell'Istituto di Astronomia Applicata di San Pietroburgo, entrambi in Russia, hanno utilizzato il set di misurazioni delle orbite planetarie più dettagliato mai effettuato per studiare questa domanda. La loro conclusione è che l'effetto gravitazionale della materia oscura sul sistema solare è trascurabile.

Pitjev e Pitjeva hanno compilato un impressionante set di dati composto da circa 677.000 misurazioni delle posizioni planetarie prese dal 1910. Queste includono misurazioni ottiche da osservatori sulla Terra, misurazioni che vanno da vari veicoli spaziali come Cassini a Saturno e le missioni Mars e Venus Express oltre a vari russi misurazioni radar delle posizioni planetarie prese tra il 1961 e il 1995.

Questi dati sono diventati sempre più accurati negli ultimi anni. Ad esempio, i dati di Cassini danno la sua distanza a Saturno entro un metro o giù di lì.

Gli astrofisici hanno utilizzato queste misurazioni per modellare il comportamento del sistema solare, tenendo conto delle perturbazioni causate dai pianeti maggiori, la Luna, i 301 asteroidi più grandi, gli altri asteroidi modellati come un anello uniforme, i 21 oggetti transnettuniani più grandi e presto.

Tenendo conto di tutto ciò, Pitjev e Pitjeva hanno cercato effetti gravitazionali anomali che potrebbero essere il risultato della materia oscura. Se la materia oscura è presente nel sistema solare, allora dovrebbe portare a qualche ulteriore influenza gravitazionale su tutti i corpi, dicono.

La notizia sconcertante è che Pitjev e Pitjeva non trovano prove di questa roba nella loro analisi. Se è presente, il suo effetto deve essere inferiore agli errori nei dati.

Infatti, per soddisfare questo limite, calcolano che la quantità di materia oscura all'interno dell'orbita di Saturno deve essere minuscola. La massa della materia oscura nella sfera all'interno dell'orbita di Saturno dovrebbe essere inferiore a 1,7 10^-10 M⊙, dicono. Si tratta della massa di un grande asteroide.

Quindi gli astronomi vengono lasciati a grattarsi la testa. Da un lato, dicono che la materia oscura deve tenere insieme la nostra galassia con una morsa gravitazionale. Dall'altro, il suo effetto gravitazionale sul Sistema Solare è trascurabile. Qualcosa deve dare.

Questo problema degli effetti contraddittori della materia oscura su diverse scale si sta rapidamente trasformando nel problema più affascinante e urgente in fisica e astronomia,

I ricercatori stanno attualmente spendendo un sacco di soldi per progettare, costruire ed eseguire esperimenti giganti alla ricerca di materia oscura nelle nostre vicinanze. Eppure le prove già raccolte da altre fonti, come questa analisi di Pitjev e Pitjeva, suggeriscono che questo investimento potrebbe produrre un rendimento molto scarso.

Questo non fermerà loro la ricerca e nemmeno dovrebbe. Ma è probabile che il problema della materia oscura generi polemiche significative nei prossimi mesi e anni.

Rif: arxiv.org/abs/1306.5534 : Vincoli sulla materia oscura nel sistema solare

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