La materia oscura e il mistero dell'universo
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Massimo Teodorani - 01/01/2016
Estratto dal libro "L'atomo e le particelle elementari" di Massimo Teodorani
La materia oscura
Fino alla prima metà del ’900 si riteneva che la quasi totalità della massa dell’universo risiedesse nelle stelle e nelle galassie in cui esse sono contenute.
Bastava monitorare l’universo con i telescopi, rilevare la luce dei corpi celesti e dedurre automaticamente che solo ciò che emette luce è dotato di massa. Poi, proprio da un’attenta analisi delle osservazioni astronomiche ci si è accorti che le cose non stanno affatto in questi termini, al punto tale che oggigiorno abbiamo un’accurata conferma che i corpi celesti luminosi rappresentano solo il 4% della massa dell’universo.
Come siamo riusciti ad arrivare a questa deduzione? Innanzitutto dal modo in cui le stelle orbitano attorno al centro delle loro galassie.
Sia in base alle leggi della cinematica orbitale di Keplero che a quelle della dinamica orbitale di Newton (che non rappresentano altro che la legge di gravitazione universale), sappiamo che in un sistema gravitazionalmente legato come una galassia, composto di tanti corpi orbitanti slegati gli uni dagli altri, le stelle che si trovano più lontano dal centro della galassia devono ruotare più lentamente di quelle che si trovano più vicino al centro.
E invece le osservazioni spettroscopiche che ci forniscono – tramite lo spostamento Doppler delle righe spettrali – la velocità delle stelle all’interno del sistema galattico, mostrano che la velocità delle stelle lontane dal centro galattico è molto maggiore di quella attesa.
Fino ad una piccola distanza dal centro galattico, le previsioni della meccanica sembrano funzionare abbastanza bene, poi oltre una certa distanza la velocità delle stelle anziché diminuire resta pressoché costante.
Questo comportamento dinamico così inconsueto può essere spiegato solo se si assume che la galassia contenga della materia invisibile che non è concentrata nel nucleo e il cui effetto gravitazionale è responsabile del moto peculiare delle stelle nella galassia. Un comportamento del genere lo si riscontra anche su vastissima scala, quando si va a osservare gli ammassi di galassie. […]
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Studiando le anomalie riscontrate sia nelle stelle singole all’interno di una data galassia che il regime di moto delle galassie all’interno di un ammasso di galassie, si è dunque riscontrato che il rapporto tra la massa di ciò che effettivamente si vede perché emette luce e la massa relativa a ciò che non si vede deducibile dal comportamento gravitazionale anomalo dei corpi celesti, è un valore compreso, a seconda dei casi tra 200 e 400, anziché 1 se dovessimo credere interamente a Keplero e a Newton.
Ciò dimostra che ben il 96% della materia che compone galassie e ammassi di galassie, si trova in qualcosa di invisibile che non riusciamo a vedere direttamente, ma di cui potremmo talvolta essere in grado di misurarne gli effetti.
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