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10 modi in cui la materia oscura potrebbe spiegare l'universo
Le particelle di materia oscura non producono, riflettono o assorbono la luce. Tuttavia, anche se non possiamo vedere la materia oscura direttamente e ancora non ne comprendiamo la natura, gli scienziati ritengono che costituiscano circa il 26 percento del nostro universo conosciuto, in base a come la sua attrazione gravitazionale interagisce con altri oggetti spaziali. Come il vento che soffia tra i rami di un albero, non possiamo vedere la materia oscura, ma possiamo vedere come influisce sui suoi dintorni. Da queste osservazioni e analisi, i nostri scienziati stanno sviluppando teorie affascinanti sulla materia oscura. Se è vero, possono cambiare la nostra comprensione dell'universo in modi profondi.
La materia 10Dark può causare estinzioni di massa
Michael Rampino, un professore di biologia della New York University, crede che il movimento della Terra attraverso il disco galattico (la nostra regione nella galassia della Via Lattea) possa aver causato eventi di estinzione di massa sulla Terra. Ciò è accaduto perché il nostro movimento ha disturbato l'orbita delle comete nel sistema solare esterno (noto come "Oort Cloud") e aumentato il calore nel nucleo del nostro pianeta.
Con i suoi pianeti al seguito, il Sole orbita attorno al centro della Via Lattea ogni 250 milioni di anni. Durante il suo viaggio, si intreccia attraverso il disco galattico circa ogni 30 milioni di anni. Rampino sostiene che il viaggio della Terra attraverso il disco coincide con gli impatti della cometa e gli eventi di estinzione di massa sulla Terra, compreso quello di 65 milioni di anni fa quando si ritiene che un asteroide abbia ucciso i dinosauri. C'è anche una teoria secondo la quale le eruzioni vulcaniche stavano assottigliando il branco di dinosauri proprio prima che un asteroide finisse.
La combinazione di un'attività vulcanica insolita e uno sciopero di un asteroide in coincidenza con l'orbita della Terra attraverso il disco galattico avrebbe giocato alla perfezione nella teoria di Rampino. "Durante il viaggio attraverso il disco, la materia oscura concentrata lì disturba i percorsi di comete che orbitano in genere lontano dalla Terra nel sistema solare esterno", ha detto Rampino. "Ciò significa che le comete che normalmente viaggiano a grandi distanze dalla Terra intraprendono invece percorsi insoliti, causando il collasso di alcuni di loro con il pianeta." Alcuni sostengono che la teoria di Rampino non funzioni perché i dinosauri sono morti per un asteroide, non cometa. Tuttavia, circa il 4 percento della nube di Oort è costituita da asteroidi, che equivalgono a otto miliardi di loro che fluttuano là fuori.
Inoltre, Rampino crede che ognuna delle orbite della Terra attraverso il disco galattico causi l'accumulo di materia oscura nel nucleo del pianeta. Quando le particelle della materia oscura si annientano a vicenda, creano un calore intenso che può causare eruzioni vulcaniche, cambiamenti del livello del mare, costruzione di montagne e altre attività geologiche che influiscono anche drammaticamente sulla vita biologica sulla Terra.
9La Via Lattea può essere un enorme buco del verme
È possibile che viviamo in un tunnel gigante che fornisce una scorciatoia attraverso l'universo?
Come previsto dalla teoria della relatività generale di Einstein, un wormhole è una regione in cui lo spazio e il tempo si piegano per creare una scorciatoia verso una parte lontana dell'universo. Secondo gli astrofisici della Scuola Internazionale di Studi Avanzati di Trieste, Italia, la materia oscura nella nostra galassia potrebbe essere distribuita in un modo che permetta di creare un wormhole stabile nel mezzo della nostra Via Lattea. Questi scienziati credono che potrebbe essere il momento per noi di ripensare alla natura della materia oscura. Forse la materia oscura è semplicemente un'altra dimensione.
"Se combiniamo la mappa della materia oscura nella Via Lattea con il modello del big bang più recente per spiegare l'universo", ha detto il professor Paulo Salucci, "e ipotizziamo l'esistenza di tunnel spazio-temporali, ciò che otteniamo è che il nostro la galassia potrebbe davvero contenere uno di questi tunnel, e che il tunnel potrebbe persino essere la dimensione della galassia stessa. Ma c'è di più. Potremmo anche viaggiare attraverso questo tunnel, poiché, in base ai nostri calcoli, potrebbe essere navigabile. Proprio come quello che abbiamo visto nel recente film Interstellare.”
Certo, è solo una teoria. Ma gli scienziati credono che la materia oscura potrebbe essere la chiave per creare wormhole e determinare come osservarli. Finora non sono stati scoperti wormhole naturali.
8 La scoperta di Galaxy X
La galassia X è anche conosciuta come la galassia della materia oscura, una galassia nana per lo più invisibile che potrebbe causare strane increspature nel gas freddo dell'idrogeno ai limiti esterni del disco della Via Lattea. Ritenuta una galassia satellite della Via Lattea, la galassia X ospita un gruppo di quattro variabili Cefeidi, stelle pulsanti che vengono utilizzate come indicatori per aiutarci a misurare le distanze nello spazio. Non possiamo vedere il resto di questa galassia nana perché è presumibilmente costituita da materia oscura invisibile. Tuttavia, l'immensa attrazione gravitazionale di quella galassia della materia oscura probabilmente ha causato le increspature che abbiamo visto. Senza una fonte gravitazionale come la materia oscura che li tiene uniti, è anche altamente improbabile che quattro stelle variabili Cefeidi siano posizionate così vicine l'una all'altra nel mezzo dello spazio piuttosto che volare separatamente.
"La scoperta delle variabili Cefeidi mostra che il nostro metodo per trovare la posizione delle galassie nane dominate dalla materia oscura funziona", ha detto l'astronoma Sukanya Chakrabarti. "Potrebbe aiutarci in definitiva a capire di cosa è composta la materia oscura. Mostra anche che la teoria della gravità di Newton può essere utilizzata fino ai confini estremi di una galassia e che non è necessario modificare la nostra teoria della gravità. "
7Disintegrazione del bosone di Higgs in materia oscura
Sviluppato negli anni '70, il modello standard della fisica delle particelle è un insieme di teorie che presumibilmente predice tutte le particelle subatomiche note nell'universo e il loro modo di interagire.Con la conferma del 2012 dell'esistenza del bosone di Higgs (noto anche come "particella di Dio"), il modello standard è stato completato. Sfortunatamente, quel modello non spiega tutto, specialmente la materia oscura, la forza gravitazionale che tiene insieme le galassie. La massa della particella di Higgs sembra anche troppo bassa per alcuni scienziati.
Ciò ha spinto i ricercatori della Chalmers University of Technology a proporre un nuovo modello basato sulla supersimmetria, che fornisce a ogni particella conosciuta nel modello standard un superpartner più pesante. Secondo questa nuova teoria, una piccola percentuale di particelle di Higgs decadranno in un fotone (una particella di luce) e in due gravitinos (particelle di materia oscura). "Se si trova il modello adatto, cambierebbe completamente la nostra comprensione dei blocchi fondamentali della natura", ha detto Christoffer Petersson di Chalmers. Il modello sarà testato al Large Hadron Collider in Svizzera.
6Dark Matter In The Sun
A seconda del metodo utilizzato per analizzare il Sole, la quantità di elementi più pesanti dell'idrogeno o dell'elio oscilla del 20-30%. Possiamo misurare ciascuno di questi elementi guardando lo spettro di luce che emette, come un'impronta digitale distinta, o studiando come influenza le onde sonore che viaggiano attraverso il Sole, che quindi causano piccoli cambiamenti nella luminosità del Sole. La misteriosa differenza tra queste due misurazioni degli elementi del Sole è chiamata il problema dell'abbondanza solare.
Abbiamo bisogno di misurazioni accurate di questi elementi per comprendere la composizione chimica del Sole e la sua densità e temperatura. In molti modi, ci aiuterà anche a capire il trucco e il comportamento di altre stelle così come i loro pianeti e galassie.
Per anni, gli scienziati non sono stati in grado di escogitare una soluzione praticabile. Il fisico astroparticellare Aaron Vincent e i suoi associati suggerirono la materia oscura nel nucleo del Sole come possibile risposta al problema. Dopo aver eseguito molte simulazioni, hanno escogitato una teoria che sembrava funzionare. Tuttavia, includeva un tipo speciale di materia oscura, chiamata "materia oscura asimmetrica che interagiva debolmente", che può essere materia o antimateria ma non entrambe.
Dalle misurazioni della gravità, gli scienziati sanno che un alone di materia oscura circonda il Sole. Le particelle asimmetriche della materia oscura non contengono molta antimateria, quindi possono sopravvivere al contatto con la materia normale e accumularsi nel nucleo del Sole. Si ritiene inoltre che queste particelle assorbano energia al centro del Sole e quindi trasportino quel calore ai bordi esterni, il che potrebbe spiegare il problema dell'abbondanza solare.
"Il principale vantaggio della materia oscura asimmetrica è che gran parte di esso può accumularsi nel Sole mentre sfreccia attraverso la nube di materia oscura che avvolge la Via Lattea", ha detto Vincent. "Se la materia oscura si stava auto-annichilando, la materia oscura sparirebbe prima di trasportare una quantità considerevole di calore dal nucleo del Sole."
La materia 5Dark può essere macroscopica
I ricercatori di Case Western Reserve hanno messo in dubbio che gli scienziati stiano cercando la materia oscura nei posti giusti. Specificamente, suggeriscono che la materia oscura non può essere composta da minuscole particelle esotiche come i WIMP (particelle massive che interagiscono debolmente), ma invece di oggetti macroscopici che possono andare da un paio di once fino a un asteroide. Tuttavia, questi scienziati stanno limitando la loro teoria di dove guardare prendendo in considerazione ciò che è già stato osservato nello spazio. Ciò li porta a credere che il modello standard della fisica delle particelle fornirà la risposta. Non credono che un nuovo modello sia necessario per la materia oscura.
I ricercatori hanno soprannominato i loro "oggetti macroscopici" oggetti di materia oscura. Non stanno suggerendo di eliminare WIMPS e assioni (particelle a bassa massa che interagiscono debolmente), ma semplicemente di ampliare la ricerca di materia oscura per includere altri candidati. Vi sono esempi di argomenti che non sono né ordinari né esotici, che non sono stati esaminati ma che rientrano nei parametri del Modello standard.
"La comunità aveva una sorta di distacco dall'idea che la materia oscura potesse essere fatta di cose normali alla fine degli anni '80", ha detto il professore di fisica Glenn Starkman. "Chiediamo, era del tutto corretto, e come facciamo a sapere che la materia oscura non è più roba ordinaria - roba che potrebbe essere fatta da quark ed elettroni?"
Rilevazione 4GPS di materia oscura
Due fisici hanno proposto di utilizzare i satelliti GPS per trovare la materia oscura, che gli scienziati suggeriscono potrebbero non essere particelle come comunemente si presume, ma al contrario lacerazioni nel tessuto dello spazio-tempo. "La nostra ricerca persegue l'idea che la materia oscura possa essere organizzata come una grande raccolta simile a gas di difetti topologici, o crepe di energia", ha detto Andrei Derevianko dell'Università del Nevada. "Proponiamo di rilevare i difetti, la materia oscura, mentre ci investono con una rete di sensibili orologi atomici. L'idea è, dove gli orologi vanno fuori sincrono, sapremmo che la materia oscura, il difetto topologico, è passata. In effetti, prevediamo di utilizzare la costellazione GPS come il più grande rilevatore di materia oscura costruito dall'uomo. "
I ricercatori stanno analizzando i dati di 30 satelliti GPS per vedere se la loro teoria ha un senso. Se la materia oscura è davvero come un gas, la Terra passerà attraverso di essa mentre orbita attorno alla galassia. Agendo come il vento, ci saranno grumi di materia oscura dalla Terra e dai suoi satelliti, causando la sincronizzazione dei satelliti nei satelliti e sul terreno per circa tre minuti. Gli scienziati dovrebbero essere in grado di monitorare qualsiasi discrepanza oltre un miliardesimo di secondo.
L'energia 3D può essere mangiata dalla materia oscura
Secondo recenti ricerche, l'energia oscura sembra mangiare la materia oscura mentre i due interagiscono, il che a sua volta rallenta la crescita delle galassie e potrebbe infine rendere l'universo quasi un luogo vuoto. Potrebbe essere che la materia oscura sta decadendo in energia oscura, ma non lo sappiamo ancora. La sonda spaziale Planck dell'Unione Europea ci ha recentemente fornito numeri precisi sulla composizione fisica dell'universo: il 4,9% di materia ordinaria (che include noi), il 25,9% di materia oscura e il 69,2% di energia oscura.
Non possiamo vedere la materia oscura o l'energia oscura. Nessuno dei due termini è ben compreso anche nella comunità scientifica. Sono più come termini segnaposto, che descrivono qualcosa che crediamo stia accadendo ma che non possono ancora spiegare. Quindi, finché non sappiamo veramente di cosa stiamo parlando, usiamo questi termini ambigui.
La materia oscura attira e l'energia oscura respinge. La materia oscura è la spina dorsale o la struttura su cui sono costruite le galassie e il loro contenuto. Si ritiene che la sua attrazione gravitazionale possa tenere insieme le stelle nelle galassie, per esempio. La gravità è più forte quando gli oggetti sono più vicini gli uni agli altri e più deboli quando sono più distanti.
D'altra parte, l'energia oscura descrive la forza che provoca l'espansione dell'universo spingendo lontano galassie lontane da noi. Così come l'energia oscura respinge questi oggetti, la gravità si indebolisce nello spazio. Ciò suggerisce che l'espansione dello spazio sta accelerando, non rallentando gli effetti della gravità come si credeva una volta.
"Dalla fine degli anni '90, gli astronomi sono convinti che qualcosa stia accelerando l'espansione del nostro universo", ha affermato il professor David Wands dell'Università di Portsmouth. "La spiegazione più semplice era che lo spazio vuoto - il vuoto - aveva una densità di energia che era una costante cosmologica. Tuttavia, vi sono prove crescenti del fatto che questo semplice modello non può spiegare l'intera gamma di dati astronomici a cui i ricercatori hanno ora accesso; in particolare la crescita della struttura cosmica, delle galassie e dei gruppi di galassie, sembra essere più lenta del previsto. "
Questo trasferimento di energia avviene solo sul lato oscuro. La materia ordinaria (come noi) non viene inghiottita dall'energia oscura.
La materia 2Dark può aver causato increspature nel disco galattico
Guardando nello spazio dalla Terra, vediamo che le stelle finiscono improvvisamente a circa 50.000 anni luce dal centro della nostra galassia. Quindi abbiamo capito che era la fine della nostra galassia. Non abbiamo visto nient'altro di significativo fino a circa 15.000 anni luce oltre quel confine, che era l'Anello delle stelle di Monoceros che si estende al di sopra del nostro piano galattico. Alcuni dei nostri scienziati hanno pensato che fossero stelle strappate via da un'altra galassia.
Tuttavia, una nuova analisi dei dati della Sloan Digital Sky Survey rivela che l'Anello Monoceros è in realtà parte della nostra galassia. Ciò significa che la Via Lattea è almeno il 50 percento più grande di quanto pensassimo, aumentando il diametro della nostra galassia da circa 100.000-120.000 anni luce a circa 150.000-180.000 anni luce.
Guardando dalla Terra, non possiamo vedere come si connette a causa delle increspature nel disco galattico. È come guardare le onde nell'oceano dalla spiaggia. Quando un'onda si alza, blocca la vista dell'oceano oltre, tranne che per parti di onde ancora più alte. Quindi, anche se la nostra vista era parzialmente bloccata dalla forma della nostra galassia, abbiamo visto l'Anello Monoceros perché era come guardare la cima di un'onda più alta.
Questa scoperta cambia la nostra comprensione di come viene costruita la Via Lattea. "In sostanza, ciò che abbiamo scoperto è che il disco della Via Lattea non è solo un disco di stelle su un piano piatto, è corrugato", ha detto Heidi Newberg della Rensselaer School of Science. "Mentre si irradia verso l'esterno dal Sole, vediamo almeno quattro increspature nel disco della Via Lattea. Mentre possiamo vedere solo parte della galassia con questi dati, supponiamo che questo modello si possa trovare su tutto il disco. "
Come le increspature causate da un ciottolo gettato in uno stagno, gli scienziati ritengono che queste increspature nella nostra galassia potrebbero essere state causate da un grumo di materia oscura o da una galassia nana che affetta il disco della Via Lattea. Se questa teoria è vera, queste increspature darebbero ai ricercatori un modo per analizzare la distribuzione della materia oscura nella Via Lattea.
1 La firma Gamma Ray
Fino a poco tempo fa, l'unico modo in cui gli scienziati potevano rilevare la materia oscura era attraverso l'osservazione del suo possibile effetto gravitazionale su altri oggetti spaziali. Tuttavia, i ricercatori ritengono che i raggi gamma possano essere un segnale più diretto che la materia oscura invisibile si annida nel nostro universo. In uno sviluppo eccitante, potrebbero aver appena trovato quella prima firma di raggi gamma in Reticulum 2, una galassia nana appena scoperta vicino alla Via Lattea.
I raggi gamma sono una forma di radiazione elettromagnetica ad alta energia emessa dai centri densi delle galassie. Se è vero che la materia oscura è composta da WIMP, le particelle di materia oscura potrebbero essere una fonte di raggi gamma prodotti quando i WIMP si annichiliscono a vicenda al contatto. Tuttavia, i raggi gamma possono anche essere emessi da altre fonti come buchi neri e pulsar. Se la nostra analisi può eliminare queste altre fonti di raggi gamma, allora è possibile che qualsiasi raggio gamma rimanente possa provenire dalla materia oscura. Almeno, questa è la teoria.
Gli scienziati ritengono che la maggior parte delle galassie nane manchino di significative sorgenti di raggi gamma diverse dalla materia oscura, che può comprendere fino al 99 percento di una galassia nana. Ecco perché i fisici delle università Carnegie Mellon, Brown e Cambridge sono stati eccitati dalla scoperta di raggi gamma provenienti da Reticulum 2.
"Il rilevamento gravitazionale della materia oscura ti dice molto poco sul comportamento delle particelle della materia oscura", ha detto Matthew Walker della Carnegie Mellon University."Ma ora potremmo avere un rilevamento non gravitazionale che mostra la materia oscura che si comporta come una particella, che è un santo graal di sorta". Naturalmente, è possibile che ci siano altre fonti di raggi gamma in galassie nane che non abbiamo identificato ancora. Tuttavia, la recente scoperta di nove potenziali galassie nane vicino alla Via Lattea potrebbe dare agli scienziati l'opportunità di esplorare ulteriormente questa teoria della rilevazione della materia oscura.