La materia oscura è la sostanza più misteriosa e inerte dell'universo. I suoi effetti gravitazionali spiegano la rotazione delle galassie, il movimento degli ammassi e le strutture su scala più grande dell'intero universo. Ma su scala più piccola, è troppo piccolo per influenzare il movimento del sistema solare, la materia della Terra o l'origine e l'evoluzione dell'uomo. Detto questo, la gravità fornita dalla materia oscura è assolutamente essenziale per gli ingredienti grezzi che compongono la vita come noi e un pianeta come la Terra. Senza la materia oscura, non potrebbe esserci vita nell'Universo.
Le stelle producono il 100% della luce che vediamo nell'universo, ma solo il 2% della sua massa. Quando guardiamo i movimenti di galassie, ammassi e altro, scopriamo che la quantità di massa gravitazionale supera la massa stellare di 50 volte. Si potrebbe pensare che altri tipi di materia ordinaria potrebbero spiegare questa differenza. Dopotutto, abbiamo scoperto molti altri tipi di materia nell'universo oltre alle stelle:
- i resti di una stella come nane bianche, stelle di neutroni e buchi neri;
- asteroidi, pianeti e altri oggetti la cui massa è troppo piccola per essere stelle;
- gas neutro nelle galassie e spazio tra di loro;
- polvere che blocca le regioni chiare e nebbiose;
- plasma ionizzato, che è abbondante nel mezzo intergalattico.
Tutte queste forme di materia ordinaria - o materia che originariamente consisteva delle stesse cose che siamo: protoni, neutroni ed elettroni - contribuiscono. Il gas e il plasma, in particolare, contribuiscono più della somma di tutte le stelle dell'universo. Ma anche se sommiamo tutti questi componenti insieme, otteniamo solo il 15-17% della quantità totale di materia necessaria per spiegare la gravità. Per il resto del movimento che vediamo, abbiamo bisogno di una forma di materia che non solo differisca da protoni, neutroni ed elettroni, ma che non corrisponda a nessuna particella nota del Modello Standard. Abbiamo bisogno di un qualche tipo di materia oscura.
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Un piccolo gruppo di scienziati è contrario all'aggiunta di una sorta di fonte invisibile di massa, ma a favore del cambiamento delle leggi di gravità. Un tale modello ha difficoltà, inclusa l'incapacità di riprodurre l'intera serie di osservazioni, compreso il movimento delle singole galassie in ammassi, lo sfondo cosmico a microonde, le collisioni di ammassi di galassie e la gigantesca rete cosmica della struttura osservata su larga scala dell'Universo. C'è anche un'altra importante prova che indica l'esistenza della materia oscura. Sarai sorpreso, ma questa è la nostra esistenza.
Ti sorprenderà il fatto che non abbiamo solo bisogno della materia oscura per spiegare fenomeni astrofisici come la rotazione galattica, il movimento degli ammassi e le loro collisioni, ma anche per spiegare l'origine stessa della vita.
Per capire perché, è necessario ricordare che l'Universo è iniziato con uno stato caldo e denso - il Big Bang - quando tutto era sotto forma di un mare praticamente omogeneo di particelle separate, libere e ad alta energia. Quando l'Universo si raffreddava e si espandeva, si formarono protoni, neutroni e i nuclei più leggeri (idrogeno, elio, deuterio e un po 'di litio), ma nient'altro. Solo decine o centinaia di milioni di anni fa questa materia collassò in regioni sufficientemente dense da formare stelle e, infine, galassie.
Tutto questo sarebbe accaduto, anche se in modo leggermente diverso, con o senza materia oscura. Ma affinché gli elementi necessari alla vita proliferino in abbondanza - carbonio, ossigeno, azoto, fosforo, zolfo - devono essere fusi nei nuclei delle stelle più massicce dell'universo. Non ci rende né caldi né freddi; Affinché possano formare pianeti solidi, molecole organiche e vita, devono prima lanciare questi atomi pesanti nel mezzo interstellare, dove torneranno a diventare stelle, già dalle prossime generazioni. Ciò richiede un'esplosione di supernova.
Abbiamo osservato queste esplosioni in modo molto dettagliato e sappiamo, in particolare, quanto velocemente questo materiale viene espulso dalle stelle in preda alla morte: a migliaia di chilometri al secondo. (I resti della supernova Cas A hanno espulso materiale alla velocità di 5000 e persino di 14.500 km / s!). Anche se questo numero può sembrare piccolo, soprattutto data la velocità della luce, ricorda che la nostra stella orbita nella Via Lattea a una velocità di soli 220 km / s. Se il Sole ruotasse almeno tre volte più velocemente, saremmo già al di fuori dell'attrazione gravitazionale della nostra galassia: verremmo buttati fuori.
I resti di supernova espellono materia più pesante, ma grazie alla potente attrazione gravitazionale di un alone di materia oscura diffuso e allungato, terremo la maggior parte di questa massa all'interno della nostra galassia. Nel tempo, la materia tornerà a regioni normali ricche di materia normale, formerà nuvole molecolari neutre e formerà la base per le successive generazioni di stelle, pianeti e, cosa più interessante, combinazioni molecolari organiche.
Ma senza l'attrazione aggiuntiva dell'enorme alone di materia oscura che circonda la galassia, la stragrande maggioranza del materiale espulso da una supernova lascerebbe la galassia per sempre. Galleggerà sempre nell'ambiente intergalattico, ma non entrerà mai a far parte delle future generazioni di sistemi stellari. Nell'Universo senza materia oscura avremmo stelle e galassie, ma i pianeti sarebbero solo giganti gassosi, non ci sarebbero mondi solidi, né acqua liquida e nemmeno vita. Senza l'abbondanza di elementi pesanti forniti da generazioni di stelle massicce, la vita basata su molecole non esisterebbe mai.
Si scopre che l'enorme alone di materia oscura che circonda la nostra galassia, che ha permesso l'emergere della vita basata sul carbonio, che ha scelto la Terra come sua dimora - o qualcos'altro - vale la pena ringraziare per tutto questo. Man mano che ci addentriamo sempre più nei principi dell'universo, comprendiamo che la materia oscura è assolutamente necessaria per l'apparenza della vita. Senza di esso, non ci sarebbero chimica, elementi complessi, biologia, pianeti solidi, vita - e noi.
ILYA KHEL
