Osservato un filamento di materia oscura fredda

È come il filo di bava di una ragnatela, solo che alla luce non brilla, e pertanto è quasi impossibile osservarlo. Un filo fatto di materia oscura unisce Abell 222 e Abell 223, due grandi ammassi di galassie che insieme formano un superammasso. Si tratta della prima osservazione – inevitabilmente indiretta – di una struttura prevista dal modello cosmologico della CDM, acronimo di cold dark matter, fin dalla metà degli anni ’90. Un risultato pubblicato sulla rivista Nature e frutto delle ricerche di un gruppo guidato da Joerg P. Dietrich del Michigan Center for Theoretical Physics dell’Università del Michigan, in Canada.

La materia oscura fredda

Ma cos’è la materia oscura fredda? Quasi tutti ormai conoscono la “materia oscura”, quella materia cioè che non emette radiazione nello spettro del visibile e che pertanto non è osservabile direttamente, e che tuttavia esiste in una percentuale non insignificante, intorno al 25-30% della massa complessiva dell’universo. La massa è la chiave del problema. Perché la materia oscura non si vede, d’accordo, ma possiede una massa che influenza lo spazio-tempo. Sommando la massa di tutta la materia visibile, vien fuori un risultato che dà conto di appena il 5% circa del totale complessivo dell’universo calcolato dai cosmologi. Si potrebbe pensare che sia il calcolo della massa complessiva dell’universo ad essere sbagliato, ma quello è stato derivato considerando l’effetto di quella massa sullo spazio-tempo, che ne viene distorto, come aveva per primo intuito Einstein.

Allora dev’esserci in sostanza una materia non visibile e tuttavia “pesante”: la parte da leone la fa l’energia oscura, circa il 70% del totale, poiché l’equazione E=MC2 ci ricorda che l’energia produce massa. Ma un’altra parte, appunto intorno al 25%, è materia, del tutto sconosciuta. Secondo un modello teorico avanzato fin dagli anni ’80, questa materia potrebbe essere “fredda”. Un termine che sta ad indicare la sua lenta propagazione in confronto alla velocità della luce: le particelle sconosciute che compongono la CDM sono nate nei primi istanti dell’universo ma già allora erano molto lente, abbastanza da condensarsi intorno ad aggregati di materia ordinaria. Per intenderci, la materia oscura “calda” sarebbe invece costituita da particelle estremamente veloci, che viaggiano quasi al limite della velocità della luce. Molti scienziati ritengono che queste particelle siano i neutrini, che in effetti sfiorano la velocità dei fotoni (che veicolano la luce e in generale la radiazione elettromagnetica), anche se la loro massa è quasi nulla, ed è difficile che “pesino” abbastanza da costituire la materia oscura – anche se potrebbero costituire una percentuale di essa.

Figli della dark matter

Secondo i cosmologi, la CDM avrebbe dato vita all’universo come lo osserviamo. Una delle principali studiose della materia oscura, l’americana Evelyn Gates, spiega il perché attraverso un esempio: così come, giocando a golf, è necessario toccare appena appena la pallina quando è vicina alla buca per farla cadere all’interno, analogamente è necessario che le particelle si muovano lentamente per finire catturate in un pozzo gravitazionale, come quello delle stelle e delle galassie. In tal modo, allora, i piccoli aggregati di materia oscura fredda man mano si sarebbero coagulati in ammassi più grandi, dalle protogalassie alle galassie fino agli ammassi e ai superammassi di galassie.

Secondo le previsioni dei cosmologi, la CDM oggi sarebbe distribuita nell’universo sotto forma di lunghi filamenti, una sorta di enorme “ragnatela cosmica” che tiene insieme le galassie e l’intero cosmo. Filamenti di questo tipo, ma costituiti da materia visibile, sono stati individuati negli ultimi dieci anni, ma finora non era mai stata osservata la struttura sottostante, costituita secondo la teoria da CDM. E ciò in quanto, proprio per la sua natura, tale materia sfugge alle rilevazioni. Non produce radiazione nello spettro X, quindi nemmeno nella parte invisibile dello spettro elettromagnetico. Per osservare gli effetti della materia oscura, ci si deve basare sulla sua massa. Una prova spettacolare della distorsione dello spazio-tempo prodotta da una grande massa è la cosiddetta “lente di Einstein”: una massa che si frappone fra il telescopio e la sorgente luminosa distorce il raggio di luce che si propaga dalla sorgente, diffondendolo tutto intorno alla massa frapposta. L’effetto è identico a quello di una lente di ingrandimento: l’osservatore riesce a vedere l’oggetto ingrandito.

Quando osserviamo una lente di Einstein sappiamo che da qualche parte tra noi e l’oggetto che osserviamo c’è una massa significativa. Questa massa può essere composta di materia oscura. E così è anche per il superammasso Abell 222/223: calcolando tale massa sulla base degli effetti di distorsione prodotti vien fuori un valore tra 6,5 e 9,8 x 10 alla 13 masse solari. Una bella cifra, che scritta in maniera normale e prendendo il valore più alto è uguale a 98.000.000.000.000 volte la massa del sole, che è a sua volta circa due quintilioni di chilogrammi. Eppure, la parte di materia del filamento intergalattico che emette radiazione elettromagnetica è pari ad appena il 9% del totale. Dunque, la materia oscura c’è, anche se non si vede.