La materia oscura e l’energia oscura, che costituiscono la maggior parte dell’Universo, sono forze sfuggenti che modellano la struttura e l’espansione cosmica. Gli scienziati di tutto il mondo stanno utilizzando tecnologie avanzate per svelare questi misteri.
La materia oscura
Sembra che influenze misteriose stiano espandendo l’Universo e raggruppando le cose in modi inaspettati, ma non possiamo vederle né toccarle. Gli scienziati chiamano queste influenze energia oscura e materia oscura.
Gli esseri umani studiano il cielo da molte migliaia di anni e nel secolo scorso gli scienziati hanno iniziato a capire come l’Universo si muova e cambi sotto l’influenza di una forza chiamata gravità. La gravità influenza tutto, inclusa non solo la materia, un termine scientifico per indicare le cose, ma anche la luce. È quello che attira i nostri corpi sulla Terra e funziona anche sulle grandi distanze tra stelle e galassie.
La gravità gioca un ruolo cruciale nel modo in cui le galassie si formano e si muovono. Man mano che gli scienziati imparano di più sull’Universo, scoprono che gran parte del comportamento delle galassie non avrebbe senso se non fosse presente un’enorme quantità di materia invisibile: molta più materia di quella che dobbiamo ancora scoprire.
Questa materia invisibile, o materia oscura, esercita un’ulteriore attrazione gravitazionale. Se non esistesse, alcune galassie si disperderebbero e altre non si sarebbero formate affatto.
La chiamiamo “oscura” perché non possiamo vederlo. A differenza della materia visibile (la materia che possiamo vedere, comprese le stelle, i pianeti, l’acqua, ecc.), la materia oscura non sembra rilasciare o assorbire luce, né interagire con altra materia se non attraverso la gravità.
Sappiamo dove dovrebbe essere, ma quando guardiamo, la materia oscura non è percepibile. È come vedere le increspature in uno stagno, ma non riuscire a vedere cosa le ha provocate.
L’energia oscura
Nel frattempo, qualcos’altro sta spingendo l’Universo a espandersi sempre più velocemente. L’Universo, per quanto ne sappiamo, è in espansione da quando ebbe inizio 13,8 miliardi di anni fa. Lo spazio tra gli oggetti è in costante aumento, come se lo spazio stesso venisse allargato come la superficie di un palloncino mentre viene gonfiato.
Gli scienziati si aspettavano che la velocità di questa espansione sarebbe rallentata con il tempo, ma invece hanno scoperto il contrario. Circa cinque miliardi di anni fa, l’espansione dell’Universo iniziò ad accelerare. Non sappiamo cosa stia causando questa espansione accelerata, ma è stata chiamata energia oscura.
Da quello che possono dire gli scienziati, la materia visibile costituisce solo il 5% dell’Universo. Si ritiene che la materia oscura e l’energia oscura costituiscano rispettivamente il restante 27% e il 68%. In altre parole, quello che conosciamo bene, la materia visibile, non si avvicina nemmeno lontanamente a spiegare la natura della stragrande maggioranza dell’Universo.
Allora, come stanno cercando di risolvere questo mistero gli scienziati? Cosa sono la materia oscura e l’energia oscura?
Per scoprirlo abbiamo bisogno di dati, e di moltissimi. Per raccogliere questi dati, gli scienziati costruiscono telescopi e fotocamere giganti. Questi includono i telescopi spaziali Hubble e James Webb nello spazio; il telescopio del Polo Sud in Antartide; lo strumento spettroscopico per l’energia oscura in Arizona; il Dark Energy Survey e il prossimo Osservatorio Vera C. Rubin in Cile.
Questi strumenti sensibili osservano il cielo per rivelare la posizione e il movimento delle galassie nell’Universo nel tempo. I supercomputer aiutano gli scienziati a eseguire simulazioni dettagliate dell’universo e ad analizzare i dati provenienti dai telescopi. Oltre a guardare il cielo in cerca di risposte, gli scienziati stanno anche costruendo rilevatori sensibili per cercare direttamente la materia oscura sulla Terra.
I ricercatori dell’Argonne National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti contribuiscono allo studio della materia oscura e dell’energia oscura attraverso la partecipazione a queste grandi indagini cosmologiche, esperimenti di fisica delle particelle e utilizzando calcoli e simulazioni avanzati. Le informazioni provenienti da queste indagini e simulazioni aiutano gli scienziati a creare mappe di dove esiste la materia oscura e forniscono indizi sulla natura dell’energia oscura.
Man mano che i nostri telescopi, supercomputer e altri strumenti diventano più sofisticati, troviamo sempre più prove che ci stiamo perdendo qualcosa di grande e gli scienziati stanno lavorando per capire cosa potrebbe essere. Il lavoro degli scienziati di Argonne sta avvicinando il mondo allo svelamento di questi misteri cosmici.
