La questione dell'origine dell'Universo, del suo passato e futuro preoccupa le persone da tempo immemorabile. Per molti secoli, le teorie sono sorte e confutate, offrendo un'immagine del mondo basata su dati conosciuti. Uno shock fondamentale per il mondo scientifico fu la teoria della relatività di Einstein. Ha anche dato un enorme contributo alla comprensione dei processi che formano l'Universo. Tuttavia, la teoria della relatività non può pretendere di essere la verità ultima, che non richiede aggiunte. Il miglioramento delle tecnologie ha consentito agli astronomi di fare scoperte prima impensabili che richiedevano una nuova base teorica o un ampliamento significativo delle disposizioni esistenti. Uno di questi fenomeni è la materia oscura. Ma prima le cose.
Casi di altri tempi
Per capire il termine "materia oscura" torniamo all'inizio del secolo scorso. A quel tempo, dominava l'idea dell'Universo come struttura stazionaria. Nel frattempo, la teoria della relatività generale (GR) presumeva che prima o poi la forza di attrazione avrebbe portato all'"incollaggio" di tutti gli oggetti spaziali in un'unica palla, sarebbe successo cosìchiamato collasso gravitazionale. Non ci sono forze repulsive tra gli oggetti spaziali. L'attrazione reciproca è compensata da forze centrifughe che creano un movimento costante di stelle, pianeti e altri corpi. In questo modo viene mantenuto l'equilibrio del sistema.
Al fine di prevenire il collasso teorico dell'Universo, Einstein introdusse una costante cosmologica - un valore che porta il sistema allo stato stazionario necessario, ma allo stesso tempo viene effettivamente inventato, senza basi ovvie.
Universo in espansione
I calcoli e le scoperte di Friedman e Hubble hanno dimostrato che non è necessario violare le equazioni armoniche della relatività generale con l'aiuto di una nuova costante. È stato dimostrato, e oggi questo fatto è praticamente fuori dubbio, che l'Universo si sta espandendo, una volta ha avuto un inizio e non si può parlare di stazionarietà. L'ulteriore sviluppo della cosmologia ha portato all'emergere della teoria del big bang. La principale conferma delle nuove ipotesi è l'aumento osservato della distanza tra le galassie nel tempo. È stata la misurazione della velocità di rimozione reciproca dei sistemi spaziali vicini che ha portato alla formazione dell'ipotesi che esistano materia oscura ed energia oscura.
Dati non coerenti con la teoria
Fritz Zwicky nel 1931, e poi Jan Oort nel 1932 e negli anni '60, stavano contando la massa della materia delle galassie in un ammasso distante e il suo rapporto con la velocità della loro rimozione l'una dall' altra. Di tanto in tanto gli scienziati sono giunti alle stesse conclusioni: questa quantità di materia non è sufficiente perché la gravità da essa creata possa reggereinsieme galassie che si muovono a velocità così elevate. Zwicky e Oort hanno suggerito che esiste una massa nascosta, la materia oscura dell'Universo, che non consente agli oggetti spaziali di disperdersi in direzioni diverse.
L'ipotesi fu però riconosciuta dal mondo scientifico solo negli anni Settanta, dopo l'annuncio dei risultati del lavoro di Vera Rubin.
Ha costruito curve di rotazione che dimostrano chiaramente la dipendenza della velocità di movimento della materia della galassia dalla distanza che la separa dal centro del sistema. Contrariamente alle ipotesi teoriche, si è scoperto che le velocità delle stelle non diminuiscono quando si allontanano dal centro galattico, ma aumentano. Tale comportamento dei luminari potrebbe essere spiegato solo dalla presenza di un alone nella galassia, che è piena di materia oscura. L'astronomia, quindi, di fronte a una parte dell'universo completamente inesplorata.
Proprietà e composizione
Dark questo tipo di materia è chiamato perché non può essere visto con nessun mezzo esistente. La sua presenza è riconosciuta da un segno indiretto: la materia oscura crea un campo gravitazionale, pur non emettendo onde completamente elettromagnetiche.
Il compito più importante che si poneva davanti agli scienziati era di ottenere una risposta alla domanda su in cosa consiste questa materia. Gli astrofisici hanno cercato di "riempirlo" con la solita materia barionica (la materia barionica è costituita da protoni, neutroni ed elettroni più o meno studiati). L'alone scuro delle galassie includeva stelle compatte e debolmente irradianti del tiponane brune ed enormi pianeti vicini a Giove in massa. Tuttavia, queste ipotesi non hanno resistito al controllo. La materia barionica, familiare e conosciuta, non può quindi svolgere un ruolo significativo nella massa nascosta delle galassie.
Oggi la fisica è alla ricerca di componenti sconosciuti. La ricerca pratica degli scienziati si basa sulla teoria della supersimmetria del microcosmo, secondo la quale per ogni particella nota esiste una coppia supersimmetrica. Questi sono quelli che compongono la materia oscura. Tuttavia, non è stata ancora ottenuta alcuna prova dell'esistenza di tali particelle, forse questa è una questione per il prossimo futuro.
Energia oscura
La scoperta di un nuovo tipo di materia non ha posto fine alle sorprese preparate dall'Universo per gli scienziati. Nel 1998, gli astrofisici hanno avuto un' altra possibilità di confrontare i dati delle teorie con i fatti. Quest'anno è stato caratterizzato dall'esplosione di una supernova in una galassia lontana da noi.
Gli astronomi hanno misurato la distanza da essa e sono rimasti estremamente sorpresi dai dati ottenuti: la stella si è accesa molto più di quanto avrebbe dovuto essere secondo la teoria esistente. Si è scoperto che il tasso di espansione dell'universo aumenta con il tempo: ora è molto più alto di 14 miliardi di anni fa, quando presumibilmente accadde il big bang.
Come sai, per accelerare il movimento del corpo, ha bisogno di trasferire energia. La forza che fa espandere l'universo più velocemente è diventata nota come energia oscura. Questa non è una parte del cosmo meno misteriosa della materia oscura. Si sa solo che è caratteristicodistribuzione uniforme in tutto l'universo e il suo impatto può essere registrato solo a enormi distanze cosmiche.
E ancora la costante cosmologica
L'energia oscura ha scosso la teoria del big bang. Parte del mondo scientifico è scettico sulla possibilità di una tale sostanza e sull'accelerazione dell'espansione da essa causata. Alcuni astrofisici stanno cercando di far rivivere la costante cosmologica di Einstein dimenticata, che ancora una volta dalla categoria di un grosso errore scientifico può rientrare nel numero di ipotesi di lavoro. La sua presenza nelle equazioni crea antigravità, portando ad un'accelerazione di espansione. Tuttavia, alcune delle conseguenze della presenza della costante cosmologica non concordano con i dati osservativi.
Oggi, la materia oscura e l'energia oscura, che costituiscono la maggior parte della materia nell'universo, sono misteri per gli scienziati. Non esiste una risposta univoca alla domanda sulla loro natura. Inoltre, forse questo non è l'ultimo segreto che lo spazio ci nasconde. La materia oscura e l'energia possono diventare la soglia di nuove scoperte che possono cambiare la nostra comprensione della struttura dell'Universo.
