La mappa di materia oscura più dettagliata del nostro universo è stranamente liscia

La cupola del telescopio Victor M. Blanco in Cile. Reidar Hahn, Fermilab

Cercare di descrivere la materia oscura è come cercare di descrivere un fantasma che vive nella tua casa. Non puoi vederlo affatto, ma quello che tu potere vedere è tutta la roba che si sta muovendo. E l'unica spiegazione è una forza invisibile che non puoi osservare, misurare o interagire direttamente.

Sappiamo che la materia oscura esiste perché possiamo osservarne gli effetti su tutte le cose che vorticano nell'universo. Gli scienziati stimano che circa il 27% dell'universo sia costituito da materia oscura (il 68% è energia oscura e l'ultimo 5% è materia ed energia ordinaria). Le domande nella mente di tutti: dove si trova esattamente tutta quella roba sfuggente? E come è distribuito in tutto l'universo?

Un progetto internazionale di oltre 400 scienziati chiamato Dark Energy Survey sta lavorando per dare loro una risposta. Ha appena pubblicato la mappa più grande e dettagliata della materia oscura nell'universo, con alcune scoperte inaspettate che non si allineano ancora perfettamente con le idee della fisica che risalgono ad Albert Einstein e alla sua teoria della relatività generale.

Il DES è uno sforzo per immaginare quante più galassie possibile come proxy per mappare la materia oscura, il che è possibile perché la gravità della materia oscura gioca un ruolo importante nel governare come queste galassie sono distribuite. Da agosto 2013 a gennaio 2019, decine e decine di scienziati si sono riuniti per utilizzare il telescopio Victor M. Blanco di quattro metri in Cile per osservare il cielo nel vicino infrarosso.

Ci sono due chiavi per creare la mappa. Il primo è semplicemente osservare la posizione e la distribuzione delle galassie in tutto l'universo. Questa disposizione indica agli scienziati dove si trovano le maggiori concentrazioni di materia oscura.

Il secondo è l'osservazione delle lenti gravitazionali, un fenomeno in cui la luce emessa dalle galassie viene allungata gravitazionalmente dalla materia oscura mentre si muove nello spazio. L'effetto è simile a quello di guardare attraverso una lente d'ingrandimento. Gli scienziati utilizzano le lenti gravitazionali per dedurre quanto spazio effettivo sta occupando la materia oscura nelle vicinanze. Più la luce è distorta, più la materia oscura è goffa.

Gli ultimi risultati tengono conto dei primi tre anni di dati DES, registrando più di 226 milioni di galassie osservate in 345 notti. Ora siamo in grado di mappare la materia oscura su un quarto dell'emisfero australe, afferma Niall Jeffrey, ricercatore dell'University College di Londra e dell'École Normale Supérieure di Parigi, uno dei responsabili del progetto DES.

L'estensione della mappa DES della materia oscura del cielo finora, dopo le ultime scoperte. I punti luminosi rappresentano le più alte concentrazioni di materia oscura, mentre le aree più scure indicano densità basse.

INDAGINE SULL'ENERGIA OSCURA

In generale, i dati si allineano con il cosiddetto Modello Standard di Cosmologia, che postula che l'universo sia stato creato durante il Big Bang e che il suo contenuto di massa-energia totale sia il 95% di materia oscura ed energia oscura. E la nuova mappa ha fornito agli scienziati uno sguardo più dettagliato su alcune vaste strutture di materia oscura dell'universo che altrimenti rimarrebbero per noi invisibili. I punti più luminosi sulla mappa rappresentano le più alte concentrazioni di materia oscura e formano ammassi e aloni attorno a vuoti di densità molto bassa.

Ma alcuni risultati sono stati sorprendenti. Abbiamo trovato indizi che l'universo è più fluido del previsto, dice Jeffrey. Questi suggerimenti si vedono anche in altri esperimenti di lenti gravitazionali.

Questo non è ciò che è previsto dalla relatività generale, che suggerisce che la materia oscura dovrebbe essere più grumosa e distribuita in modo meno uniforme. Gli autori scrivono in uno dei 30 giornali essendo stato rilasciato che sebbene le prove non siano affatto definitive, stiamo forse iniziando a vedere accenni di nuova fisica. Per i cosmologi, ciò corrisponderebbe alla possibile modifica delle leggi di gravità descritte da Einstein, afferma Jeffrey.

Sebbene le implicazioni siano enormi, la cautela è fondamentale, perché in realtà sappiamo ancora così poco sulla materia oscura (qualcosa che dobbiamo ancora osservare direttamente). Ad esempio, Jeffrey osserva che se le galassie vicine si formano in un allineamento in un modo strano a causa della complessa astrofisica, i nostri risultati di lensing sarebbero fuorviati.

In altre parole, potrebbero esserci delle spiegazioni esotiche per i risultati, forse spiegandole in modi conciliabili con la relatività generale. Sarebbe un enorme sollievo per qualsiasi astrofisico la cui intera vita si basa sul fatto che Einstein sia, beh, corretto. E non dimentichiamoci: la relatività generale ha resistito molto bene ogni altra prova che gli è stato lanciato nel corso degli anni.

I risultati stanno già facendo scalpore, anche con molti altri rilasci di dati DES in sospeso. Gli astronomi stanno già utilizzando queste mappe per studiare le strutture della rete cosmica e comprendere meglio la connessione tra le galassie e la materia oscura, afferma Jeffrey. Potremmo non dover aspettare troppo a lungo per scoprire se i risultati sono davvero un punto debole o se la nostra comprensione dell'universo ha bisogno di una massiccia riscrittura.

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