Dagli anni ’60, c’è stato un consenso generale tra astronomi e cosmologi sul fatto che la maggior parte dell’universo sia costituita da una massa invisibile e misteriosa nota come Materia Oscura. Gli scienziati non hanno ancora identificato la particella che costituisce questa misteriosa materia ma test e simulazioni indiretti hanno dimostrato che la Materia Oscura deve esistere affinché l’universo sia così come lo conosciamo.
Un team di ricercatori europei ha condotto una simulazione che ha esaminato un universo senza Materia Oscura. Utilizzando una teoria alternativa nota come Modified Newtonian Dynamics (MOND), il team ha creato una simulazione al computer in cui le galassie erano, in realtà, molto simili a quelle che vediamo oggi nell’universo.
Lo studio che ha descritto i risultati ottenuti (recentemente pubblicato sull’Astrophysical Journal), è stato condotto dal gruppo di ricerca sulle popolazioni stellari e sulla dinamica (SPODYR), guidato dal Prof. Pavel Kroupa dell’Istituto Helmholtz per radiazioni e fisica nucleare all’Università di Bonn. A lui si sono uniti Nils Wittenburg, dottorando dello SPODYR, e Benoit Famaey, direttore della ricerca dell’Università di Strasburgo.
Questa teoria secondo cui la gravità si comporta in modo diverso da quanto si pensasse (a seconda della scala), è stata inizialmente proposta dal fisico israeliano Mordehai Milgrom, da cui il nome alternativo “gravità Milgromiana“.
Secondo questa teoria, l’attrazione tra due masse obbedisce, solo fino a un certo punto, alle Leggi del movimento di Newton (alias. Gravitazione universale).
Alle accelerazioni più basse, come nel caso delle galassie, l’influenza della gravità diventa considerevolmente più forte.
In breve, l’attrazione di un corpo dipende non solo dalla sua stessa massa, ma anche dal fatto che altri oggetti siano nelle sue vicinanze. Questa teoria è una possibile spiegazione del perché le galassie non si frantumano a causa della loro velocità di rotazione.
Tuttavia, MOND rimane una teoria ancora non dimostrata e non testata, ed è ciò che Wittenberg e i suoi colleghi hanno cercando di risolvere. Con l’aiuto di Famaey, il team ha utilizzato un software computazionale che conduce calcoli gravitazionali per simulare un cosmo dove la teoria MOND funziona.
Il software ha permesso di simulare la nascita delle prime stelle e galassie, che si ritiene si siano formate tra 100.000 e 300.000 anni dopo il Big Bang, e la loro evoluzione da allora. Ciò che il team ha trovato, è che la distribuzione e la velocità delle stelle nelle galassie generate al computer seguivano lo stesso modello di quelle che sono visibili nell’universo oggi.
Wittenburg, autore principale dello studio, ha dichiarato che “in molti aspetti, i nostri risultati sono notevolmente vicini a ciò che osserviamo effettivamente con i telescopi. Inoltre, la nostra simulazione ha portato principalmente alla formazione di galassie a disco rotante come la Via Lattea e quasi tutte le altre galassie di grandi dimensioni che conosciamo. Le simulazioni della Materia Oscura, d’altra parte, creano prevalentemente galassie senza dischi di materia distinti“.
Inoltre, la simulazione MOND era praticamente immune ai cambiamenti nei parametri, come la frequenza delle supernove e il loro effetto sulla distribuzione della materia nelle galassie. Nei casi di simulazioni in cui si presuppone l’esistenza della Materia Oscura, tuttavia, i cambiamenti in questi parametri hanno un effetto considerevole.
Ad esempio, le simulazioni si basavano su alcune ipotesi piuttosto semplici sulla distribuzione della materia e sulle condizioni presenti durante l’universo primordiale. “La nostra simulazione è solo un primo passo“, ha sottolineato Kroupa. “Ora dobbiamo ripetere i calcoli e includere fattori di influenza più complessi. Quindi vedremo se la teoria MOND spiega davvero la realtà“.
Mentre l’esistenza della materia oscura rimane non dimostrata, è l’unica teoria cosmologica che è coerente con la relatività generale (una teoria provata e l’unica ipotesi funzionante su come la gravità si comporta su scale cosmologiche).
In pratica, se la gravità lavorasse nel modo descritto dalla teoria MOND, o “gravità Milgromiana”, l’universo funzionerebbe nello stesso modo, o almeno molto simile, anche senza la materia oscura.
Nonostante MOND fornisca una soluzione ai problemi teorici presentati dalla Materia Oscura, presenta ancora delle imperfezioni. Nel prossimo futuro, un certo numero di nuovi telescopi orbitali che potrebbero aiutare a risolvere questo mistero, andranno nello spazio, incluso il James Webb Space Telescope (JWST) e la missione Euclid dell’ESA.
Questo e altri studi offriranno un quadro migliore della geometria dell’universo e misurazioni migliorate dell’espansione cosmica. Da ciò, gli scienziati sperano di ottenere una migliore comprensione di come la materia oscura avrebbe potuto influenzare l’evoluzione cosmica, per non parlare dell’energia oscura, un altro mistero cosmologico argomento di un intenso dibattito.
