Una delle recenti scoperte che ha messo in crisi gli scienziati è quella dell 'esistenza della materia oscura : è stato calcolato, infatti, che la maggior parte della materia si trova sotto una forma che non emette radiazioni elettromagnetiche e quindi risulta invisibile ai nostri strumenti . Ancora più misteriosa la presenza di un 'energia che si oppone alla forza di gravità e accelera l'espansione dell 'Universo, scoperta recentemente e per cui nel 2011 è stato assegnato il premio Nobel per la fisica agli statunitensi Saul Perlmutter e Adam Riess e all 'australiano Brian Schmidt. Prima di questa scoperta si pensava che l'espansione dell'Universo andasse decelerando per effetto della sua stessa gravità . Per determinare l'entità di questo rallentamento, due gruppi di ricercatori , uno americano e uno australiano, avevano cominciato alla fine degli anni Ottanta a osservare una classe di supernove, note come SNia, di cui si conosce con buona precisione lo splendore assoluto, per ottenere una più accurata relazione di Hubble fra spostamento verso il rosso e distanza estesa alle più lontane galassie raggiungibili con i moderni grandi telescopi , le quali ci avrebbero detto come avveniva l'espansione nel lontano passato. La sorpresa è stata che invece di rallentare, l'espansione risulta aver cominciato ad accelerare circa 6 miliardi di anni fa come se ci fosse una energia che si oppone all 'energia gravitazionale. Dato che non si sa cosa sia, è stata chiamata «energia oscura ».
Non sappiamo se si tratta di una proprietà intrinseca dello spazio o se qualcosa di indipendente in esso contenuta . Nel primo caso la densità di energia rimarrebbe costante nel tempo, mentre nel secondo caso diminuirebbe la densità mentre la forza dell 'energia resterebbe costante con l'aumentare dello spazio. Per ora sappiamo solo che questa «energia oscura» ha preso il sopravvento sulla gravità circa 6 miliardi di anni fa a causa della diminuzione della gravità con l'espansione. Oltre all 'energia oscura, abbiamo già visto nel capitolo terzo che in base ai dati ottenuti dalla misurazione della massa delle galassie, si può ipotizzare l'esistenza di materia oscura. Per misurare la massa di una galassia , fino a poco tempo fa si contava il numero delle stelle e si moltiplicava questo numero per la massa di una stella media . In questo modo, ad esempio, la massa della nostra Galassia era pari a circa 300 miliardi di masse solari (prendendo il Sole come unità di misura).
Un altro metodo di misura si basa sulle leggi della gravitazione: si studia il moto degli oggetti più periferici che gravitano attorno alla Galassia (ad esempio nubi gassose che emettono microonde) . Da questo moto è possibile calcolare la massa della Galassia e si constata che è superiore di almeno cinque volte a quella visibile. Quindi la massa visibile, ricavata dagli oggetti che si vedono, è molto inferiore alla massa gravitazionale indicata dal moto dei corpi nella Galassia. Questo fatto vale per tutte le galassie di cui si possono contare le stelle e misurare i moti. Lo stesso risultato si ottiene per gli ammassi di galassie: dai moti delle galassie che compongono un ammasso, si vede che la massa visibile è circa un decimo della massa gravitazionale dell 'ammasso. Non sappiamo cosa sia la materia oscura, ma sono state fatte diverse ipotesi . Alcuni sostengono che si possa trattare di stelle molto numerose e molto deboli, o di un gran numero di pianeti molto grossi eppure poco o del tutto invisibili a grandi distanze.
Ma se si ammette che la materia oscura sia formata da materia normale- cioè di protoni , neutroni, elettroni - nei primi tre minuti dopo il Big Bang non avrebbe potuto formarsi il deuterio, perché le condizioni fisiche sarebbero state ta li da impedirlo. Il deuterio non ci dovrebbe essere o sarebbe talmente scarso da non essere misurabile, e questo contraddice i dati osservabili . Invece di essere materia normale, la materia oscura potrebbe essere costituita , quindi , da particelle che interagiscono pochissimo con la materia e che quindi risultano difficili da rilevare. Abbiamo già appreso che in natura si conosce solo un tipo di queste particelle, i neutrini. La massa dei neutrini è piccolissima – tanto che non si è ancora riusciti a misurarla con precisione - e per spiegare la massa mancante dovrebbero essere estremamente numerosi. In ogni caso i neutrini non potrebbero spiegare la massa mancante delle galassie, perché data la loro minuscola massa avrebbero velocità di gran lunga superiore alla velocità di fuga della galassia stessa e quindi sfuggirebbero nello spazio intergalattico. Non si può però escludere che in natura esistano altri tipi di particelle o, perlomeno, siano esistiti nei primi istanti di vita dell 'Universo.
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