Un universo possibile anche senza materia oscura

Alla ricerca di risposte: di che cosa è fatto l'universo? Keystone

​​​​​​​Gli esperti di due diverse istituzioni svizzere hanno pubblicato di recente ricerche che mettono in discussione il modello standard del cosmo e delle sue proprietà. Cosa significa questo per lo spazio e per la scienza?

Sono più di dieci anni, che André Maeder è andato in pensione da professore al Dipartimento di astronomia dell’Università di Ginevra, dove la sua ricerca era incentrata sulla fisica delle stelle. Ma non per questo ha smesso di cercare di risolvere gli enigmi del cosmo.

In effetti, adesso ha più tempo che mai, da dedicare ai quesiti che lo hanno occupato dall’inizio della sua carriera. Domande quali: abbiamo davvero bisogno della materia oscura per spiegare l’universo?

André Maeder all’entrata dell’Osservatorio di Ginevra. swissinfo.ch

“Ci ho lavorato per qualche anno quando ero un giovane assistente. Ma a quel tempo, non era nella linea di ricerca dell’Osservatorio [di Ginevra]”, spiega. 

È proprio all’Osservatorio che swissinfo.ch ha incontrato Maeder di recente. L’Istituto ha sede in piena campagna, alcuni chilometri al di fuori della vivace città di Ginevra.

Quarant’anni dopo, la scienza è avanzata ed è in continua evoluzione. 

A novembre dello scorso anno, Maeder ha pubblicato un articoloCollegamento esterno che ha messo in subbuglio la comunità scientifica: la sua ricerca rimette in questione l’assunto di lunga data che gran parteCollegamento esterno del nostro universo è fatto di materia oscura e della sua ipotetica forma di energia, l’energia oscura (cfr. descrizione sul sito web del CERNCollegamento esterno).

Dare un taglio alla materia oscura

L’ipotesi di MaederCollegamento esterno è incentrata su un concetto chiamato “invarianza di scala del vuoto”, che ipotizza che le proprietà dello spazio vuoto non cambino in conseguenza di un’espansione o una contrazione di tale spazio.

Nel modello standard della cosmologiaCollegamento esterno, il modo in cui le equazioni di Einstein per il campo gravitazionale spiegano le proprietà del vuoto non è compatibile con l’invarianza di scala. Vale a dire che un’espansione o contrazione generale dello spazio-tempo modificherebbe le equazioni.

Maeder propone invece che queste equazioni non varino affatto se si scalano i valori, cosa che richiede l’aggiunta di nuovi termini matematici.

“Certo, io sono di parte, ma credo che sia un assunto piuttosto ragionevole: dove non c’è niente, se contrai o [dilati lo spazio], si può supporre che non cambi niente”, riassume.

Impiegando il suo modello rivisto, invariante di scala, Maeder ha condotto dei test cosmologici che mostrano come alcuni fenomeni galattici possono essere spiegati senza la materia oscura. Si è osservato ad esempio che le galassie che sono parte di un ammasso di galassie si muovono più velocemente di quanto previsto in base alla loro massa visibile. Attualmente, si ritiene che l’invisibile materia oscura sia la ragione di queste alte velocità.

“Da circa 30 anni, questa è la visione corrente: che una grossa porzione del nostro universo sia formato da materia oscura, da sei a otto volte più abbondante della materia visibile”, spiega. “Ma nel contesto della [mia] teoria, non c’è bisogno di materia oscura – si spiega semplicemente con l’aggiunta di un termine matematico alle equazioni del moto”.

Nonostante sia stata pubblicata in una delle maggiori riviste del suo ambito (‘The Astrophysical Journal’), la teoria di Maeder è stata accolta con qualche obiezione dalla comunità scientifica. C’è chi sostiene che il suo lavoro manca di teoria coerenteCollegamento esterno, altri ne contestano la matematica.

Maeder non si lascia scoraggiare, e sta pianificando di sottoporre la sua teoria a ulteriori test, per vedere ad esempio se il suo modello può spiegare le osservazioni cosmologiche dell’elio rilasciato dalle reazioni nucleari avvenute durante il Big Bang.

Stranamente regolare

L’attuale formulazione del modello standard della cosmologia -e il ruolo della materia oscura in particolare- sono stati rimessi in discussione in febbraio, quando Oliver Müller dell’Università di Basilea, in collaborazione con un team di ricerca internazionale, ha pubblicato un altro articolo che mette in dubbio lo “status quo”, nella rivista ScienceCollegamento esterno.

Per la tesi del suo dottorato di ricerca (PhD), Müller aveva intrapreso uno studio su piccole galassie satellite -conosciute come galassie nane- che orbitano attorno a una galassia più grande chiamata Centaurus A, situata a circa 13 milioni di anni-luce oltre la nostra Via Lattea.

Oliver Müller davanti al Dipartimento di fisica dell’Università di Basilea. swissinfo.ch

Lui e i suoi colleghi, tuttavia, hanno notato qualcosa di stranoCollegamento esterno: i satelliti sembravano muoversi sullo stesso piano e nella stessa direzione, in un modo piuttosto simile a come i pianeti ruotano attorno al sole nel nostro sistema solare.

A prima vista, potrebbe sembrare poco sorprendente, ma qui sta l’inganno: il modello standard, nella sua attuale forma, stabilisce che per via degli effetti della materia oscura, le galassie satellite si muovano in modo casuale e disordinato attorno a Centaurus A, “come api attorno a un alveare”.

Dopo aver confrontato le loro osservazioni con basi di dati pubbliche di osservazioni cosmologiche, Müller e il suo team hanno scoperto che quel che hanno osservato sarebbe stato previsto solo nello 0,5% dei casi, con il modello standard.

Inoltre, questi movimenti e allineamenti di satelliti erano già stati visti attorno alla Via Lattea e ad Andromeda, portando a tre il numero totale delle galassie totale che rivelano questo schema inaspettato. La possibilità che questo accada secondo il modello standard, dice Müller, è una su 200 milioni.

“Io sono un osservatore; mi interesso più che altro all’aspetto dell’universo, quindi non posso stabilire se [il modello standard] è corretto oppure no: questo deve essere fatto dai fisici teorici. Credo però che ci sarà un cambio di paradigma”, ammette.

Benché sia occupato a preparare la tesi del suo PhD, che consegnerà presto e discuterà in agosto, Müller rivela che ha intenzione di dare un seguito al suo studio. Vuole analizzare più galassie nane satellite dell’ammasso di galassie Centaurus A, per appurare se seguono gli stessi schemi di moto e allineamento.

“Per adesso, 14 satelliti su 16 seguono uno stesso schema. È altamente improbabile che ciò accada per caso. Certo, potrebbe essere un colpo di fortuna statistico, ma se arriviamo a 27 satelliti su 30 che si muovono in modo coerente, allora possiamo concludere che è questione di fisica”, dice.

Oppure”, aggiunge Müller con autentico spirito scientifico, “potremmo escludere le nostre osservazioni, e anche questo sarebbe un bel risultato”. 

Traduzione dall’inglese di Rino Scarcelli