La stragrande maggioranza della massa nel nostro universo è invisibile. E per un bel po 'di tempo, i fisici hanno cercato di capire cos'è questa massa sfuggente. Se è composto da particelle, la speranza è che il Large Hadron Collider possa produrre una particella di materia oscura, altrimenti il telescopio spaziale vedrà l'eloquente firma dei raggi gamma di una collisione di materia oscura. Finora non c'è niente. E questo problema fa riflettere i fisici teorici su nuove idee.
Nel 2017, la famosa fisica teorica Lisa Randall ha dato uno sguardo a una delle possibilità più incredibili della materia oscura. Ipotetico, ovviamente. Piuttosto che trattare la materia oscura come un particolare tipo di particella, ha ipotizzato che la materia oscura potesse essere composta da un'intera famiglia di particelle che compongono stelle oscure, galassie oscure, pianeti oscuri e possibilmente vita oscura. La chimica dell'universo oscuro potrebbe essere ricca e varia quanto la nostra "chimica regolare".
Ma non è così semplice.
Problema della materia oscura
Il nostro universo è un posto fantastico, anche se incomprensibile.
Negli ultimi decenni, ci siamo resi conto che l'84,5% della materia nell'Universo non può essere visto. Dato il suo soprannome piuttosto goffo "materia oscura", questa sostanza si trova in uno stato in cui non interagisce con la materia "normale". Come l'energia oscura, queste cose sono "oscure" perché non le comprendiamo.
Se adesso c'è un pezzo di materia oscura sulla mia scrivania, non lo saprò mai. Un pezzo di materia oscura in generale, in quanto tale, non può giacere sulla mia scrivania. Cadrà attraverso il tavolo e il pavimento e la crosta terrestre precipiteranno nel pozzo gravitazionale al centro del nostro pianeta. Oppure scomparirà nello spazio in modo incomprensibile. La materia oscura interagisce così debolmente con qualsiasi cosa che questo pezzo semplicemente cadrà attraverso la materia ordinaria come se non esistesse.
Video promozionale:
Su piccola scala, la manifestazione gravitazionale della materia oscura è trascurabile, ma a distanze cosmologiche, la presenza di materia oscura è decisamente avvertita - può essere osservata indirettamente dal suo effetto gravitazionale sugli ammassi di galassie e dal suo effetto sulla rotazione delle galassie. Sappiamo che esiste, semplicemente non lo vediamo.
E non sappiamo cosa sia. Possiamo solo immaginare.
La materia ordinaria, nota anche come materia barionica, interagisce attraverso forze elettromagnetiche, gravitazionali, forti e deboli. Queste forze trasferiscono energia e danno struttura a tutta la materia. La materia oscura, d'altra parte, è solitamente vista come una nuvola amorfa di "materia" che non può interagire attraverso forze elettromagnetiche, deboli o forti. Pertanto, si presume che la materia oscura sia "non barionica". La materia non barionica può rivelare la sua presenza solo gravitazionalmente.
Il candidato principale nella ricerca della materia oscura è il WIMP, una particella massiccia che interagisce debolmente. Come suggerisce il nome del WIMP, questa ipotetica particella non interagisce con la materia normale, quindi non è barionica.
I modelli cosmologici consolidati prevedono che la materia oscura - sia sotto forma di WIMP o "assioni", per esempio - dota il nostro Universo di struttura ed è di solito chiamata semplicisticamente la "colla" che trattiene il nostro Universo nel suo insieme.
Osservando la rotazione delle galassie, l'astronomo Vera Rubin ha notato che la maggior parte della materia nelle galassie non è osservabile. È visibile solo una piccola percentuale: stelle, gas e polvere; il resto si nasconde in un enorme ma invisibile alone di materia oscura. È come se la nostra galassia visibile di materia ordinaria fosse solo un cappuccio su un'enorme ruota di materia oscura che si estende ben oltre ciò che possiamo vedere.
In un articolo pubblicato di recente (2013), Randall e i suoi colleghi hanno presentato una forma più complessa di materia oscura. Secondo loro, l'alone di materia oscura della nostra galassia non è costituito da un solo tipo di massa amorfa di materia non barionica.
"Sembra molto strano presumere che tutta la materia oscura sia composta da un solo tipo di particella", scrive Randall. "Uno scienziato imparziale non dovrebbe permettere che la materia oscura sia così diversa come la nostra materia normale."
Un ricco "universo ombra"?
Proprio come il nostro universo visibile è governato dal Modello Standard della fisica - una famiglia ben collaudata di particelle (incluso il famigerato bosone di Higgs) e forze, un modello ricco e vario di particelle e forze di materia oscura potrebbe funzionare in un alone galattico oscuro?
Questa ricerca segue la logica di assumere una ricca varietà di fisica sconosciuta nel settore oscuro dell'universo - chiamiamolo "universo ombra" - che corre parallela al nostro e ha tutte le complessità che il nostro universo visibile ha da offrire.
Gli astrofisici hanno precedentemente suggerito che "stelle oscure" - stelle fatte di materia oscura - possono esistere nel nostro antico universo fino ad oggi. Se è così, sostiene Randall, forse potrebbero formarsi "pianeti oscuri". E se esiste una famiglia di particelle di materia oscura controllate da forze dispiegate nel settore oscuro, questo potrebbe portare a una chimica complessa? E alla vita?
Tuttavia, se la vita "oscura" o "ombra" esiste parallelamente al nostro universo, puoi dimenticare che possiamo rilevarla.
La vita nell'ombra rimarrà nell'ombra
Sembra allettante usare questa ipotesi per spiegare tutti i misteri quotidiani, o anche affermazioni paranormali, che la scienza non può contestare o supportare. E se "fantasmi" o inspiegabili "luci nel cielo" fossero le buffonate di creature oscure che vivono dietro ogni cosa?
Anche se questa logica andrebbe bene per uno show televisivo o un film, queste creature oscure vivrebbero in un universo oscuro che è completamente incompatibile con la materia ordinaria. Le loro particelle e forze non avrebbero alcun effetto nel nostro universo. Potresti leggere queste righe seduto su un tronco d'albero in una foresta oscura, e non lo sapresti mai.
Ma dal momento che coesistiamo con questo universo ombra nello stesso spazio-tempo - nessuna dimensione extra o multiverso - può essere trasmesso un solo segnale.
Le onde gravitazionali sono state scoperte solo nel 2016 e il primo rilevamento di queste increspature nello spaziotempo è stato causato dalla collisione di buchi neri. Sembra del tutto possibile che le onde gravitazionali possano essere rilevate nel settore oscuro, ma solo gli eventi cosmici più potenti nel settore oscuro possono essere rilevati alla nostra estremità del filo.
Tutto sommato, quasi certamente non proveremo mai l'esistenza di adorabili creature della materia oscura, ma Randall fa un punto. Quando contempliamo la fonte della materia oscura, dobbiamo guardare oltre i nostri pregiudizi; il settore oscuro può essere una famiglia complessa di particelle di materia oscura e forze che sono al di là di ciò che possiamo immaginare.
Ilya Khel
