L’enigma della materia oscura, un mistero che ha affascinato i fisici per quasi un secolo, si erge come l’architetto silenzioso dell’universo invisibile. La sua influenza, per quanto elusiva, è innegabile: una forza gravitazionale che tiene saldamente unite le galassie, modellandone i movimenti e le strutture.

Nonostante la sua pervasività, circa l’85% della materia che compone il Cosmo rimane celata, sfuggendo persino ai più sofisticati strumenti di rilevazione. L’audace ipotesi che questa sostanza misteriosa possa aver preceduto il Big Bang aggiunge un ulteriore livello di complessità al già intricato quadro cosmologico.

Un’impronta antica: oltre il Big Bang

L’incredibile ipotesi che la materia oscura possa aver preceduto il Big Bang aggiunge un livello di complessità al nostro modello cosmologico. L’85% della materia dell’Universo, sfuggente ai nostri strumenti, potrebbe essere un residuo di un’era primordiale.

Le prime avvisaglie di questa presenza occulta risalgono agli anni ’30, quando gli astronomi notarono anomalie nelle rotazioni galattiche, fenomeni che suggerivano l’azione di una forza gravitazionale invisibile. Decenni più tardi, l’analisi del fondo cosmico a microonde, l’eco persistente della nascita dell’Universo, confermò il ruolo cruciale della materia oscura nell’evoluzione cosmica. La missione Planck Collaboration, nel 2018, fornì una stima precisa della sua abbondanza: circa il 27% dell’energia totale dell’Universo, una cifra che eclissa il misero 5% attribuibile alla materia ordinaria, quella che costituisce pianeti, stelle e persino noi stessi.

La ricerca dell’identità della materia oscura ha impegnato gli scienziati per decenni. La supersimmetria, una teoria dominante nella fisica delle particelle, propone l’esistenza di particelle “partner” per ogni particella conosciuta, offrendo una possibile chiave per svelare il mistero. Le particelle massicce debolmente interagenti (WIMP), candidate ideali secondo questa teoria, interagirebbero a malapena con la materia ordinaria, ma potrebbero essere rilevate attraverso esperimenti sotterranei o acceleratori di particelle.

Le WIMP si sono dimostrate estremamente sfuggenti. Esperimenti come DAMA hanno riportato segnali che potrebbero indicare la presenza di materia oscura, ma tali risultati sono controversi. Altri progetti, come COSINE-100, non hanno fornito prove conclusive a sostegno di queste scoperte. Anche le collisioni ad alta energia del Large Hadron Collider non hanno rivelato tracce delle particelle previste dalla supersimmetria, mettendo in discussione le teorie più semplici basate sulle WIMP.

Di fronte a questa impasse, gli scienziati hanno esplorato ipotesi alternative. Una di queste, la teoria del “secondo Big Bang”, suggerisce che la materia oscura potrebbe essere stata generata da un decadimento di un campo quantistico intrappolato in uno stato di falso vuoto, avvenuto dopo il Big Bang primordiale. Questa teoria, sebbene speculativa, offre una nuova prospettiva sulla formazione della materia oscura e potrebbe aprire nuove strade nella ricerca.

Un Universo a doppia origine

In un audace tentativo di ridefinire la nostra comprensione dell’Universo primordiale, un nuovo modello cosmologico emerge: il Dark Big Bang (DBB). Questa teoria rivoluzionaria propone uno scenario in cui l’universo neonato era composto da due settori distinti: il settore visibile, popolato dalle particelle e dalle forze familiari, e un settore oscuro, un regno freddo e disaccoppiato, governato da leggi fisiche uniche.

L’elemento chiave del modello Dark Big Bang è la transizione di fase subita dal settore oscuro, un evento analogo al caldo Big Bang che ha dato origine al settore visibile. Questa transizione ha innescato la creazione di un bagno termico di particelle oscure, un mondo alieno con dinamiche proprie. La versatilità del modello DBB è straordinaria, in quanto può ospitare un’ampia gamma di masse di particelle di materia oscura, dalle più leggere, con energie di pochi keV, alle più pesanti, con energie di 10¹² GeV.

Ciò che rende il modello DBB particolarmente intrigante è il suo potenziale di lasciare tracce osservabili. La transizione di fase nel settore oscuro potrebbe aver generato onde gravitazionali (GW), increspature nel tessuto dello spazio-tempo. Queste GW avrebbero una firma distinta da quelle prodotte da fusioni di buchi neri o collisioni di stelle di neutroni, aprendo una finestra unica sull’Universo primordiale. Gli osservatori di onde gravitazionali di prossima generazione, come i pulsar timing array (PTA), potrebbero rilevare queste GW a bassa frequenza, fornendo prove cruciali a favore del modello DBB.

Un recente studio condotto da Cosmin Ilie, professore associato di fisica e astronomia alla Colgate University, e Richard Casey, studente senior di fisica, ha ulteriormente affinato la teoria del Dark Big Bang. La loro ricerca esplora nuovi spazi parametrici per il campo di tunneling del settore oscuro, identificando scenari che si allineano con le osservazioni cosmologiche esistenti. Questi scenari non solo prevedono la corretta abbondanza di materia oscura, ma anche segnali di onde gravitazionali che potrebbero presto essere alla portata degli esperimenti PTA.

“Rilevare le onde gravitazionali generate dal Dark Big Bang potrebbe fornire prove cruciali per questa nuova teoria della materia oscura”, ha affermato Ilie. Tale rilevamento sarebbe rivoluzionario, offrendo la prima prova diretta dell’origine distinta della materia oscura. La rilevazione del 2023 di onde gravitazionali di fondo da parte della collaborazione NANOGrav, parte di IPTA, aggiunge una dimensione intrigante a questa ricerca. Mentre la fonte esatta di queste onde rimane incerta, potrebbero potenzialmente allinearsi con le previsioni del modello DBB.

Oltre alle implicazioni per la materia oscura, la teoria DBB offre una nuova prospettiva sull’Universo primordiale. Tradizionalmente, la cosmologia ha operato sotto l’ipotesi che tutta la materia, oscura o meno, sia emersa dallo stesso evento. L’idea di un universo a doppia origine sfida questa nozione, suggerendo un’interazione più complessa di forze e campi nell’infanzia dell’universo. Se confermato, il modello del Dark Big Bang potrebbe rimodellare la nostra comprensione dell’evoluzione cosmica, dalla formazione delle prime galassie alla struttura su larga scala dell’Universo.

Un pilastro della fisica moderna

La ricerca della materia oscura si erge come un pilastro centrale della fisica moderna, un’indagine che spinge i confini della tecnologia e della teoria. Gli esperimenti di rilevamento diretto, condotti nelle profondità del sottosuolo, continuano a sfidare i limiti della sensibilità, cercando di catturare le interazioni sfuggenti tra le particelle di materia oscura e la materia ordinaria. Parallelamente, le osservazioni astrofisiche, dal fondo cosmico a microonde alle curve di rotazione galattica, forniscono prove indirette ma convincenti dell’influenza gravitazionale della materia oscura.

In questo contesto, il modello Dark Big Bang (DBB), con le sue previsioni uniche e le conseguenze verificabili, emerge come un nuovo e potente strumento di indagine. Questo modello, che ipotizza un universo primordiale con due settori distinti, offre una prospettiva innovativa sull’origine della materia oscura e sulle sue interazioni. La sua capacità di ospitare un’ampia gamma di masse di particelle di materia oscura e di prevedere la generazione di onde gravitazionali (GW) lo rende particolarmente interessante.

Con l’avanzare delle capacità di osservazione, la prospettiva di rilevare GW generate da un DBB diventa sempre più concreta. Progetti ambiziosi come lo Square Kilometer Array (SKA), che entrerà in funzione nel prossimo decennio, promettono una sensibilità senza precedenti alle GW a bassa frequenza. Questi sforzi potrebbero finalmente sollevare il velo sulle misteriose origini della materia oscura, rispondendo a domande che hanno sfidato gli scienziati per generazioni. La rilevazione di GW con una firma distinta da quelle prodotte da fusioni di buchi neri o collisioni di stelle di neutroni fornirebbe una prova cruciale a favore del modello DBB.

Nel contesto più ampio, la ricerca della materia oscura non è solo un’indagine scientifica, ma una ricerca per comprendere la natura fondamentale dell’Universo. Sia attraverso la fisica delle particelle tradizionale che attraverso nuove teorie cosmologiche come il Dark Big Bang, ogni scoperta ci avvicina alla rivelazione dell’intero arazzo dell’esistenza. L’idea di un Universo a doppia origine, proposto dal modello DBB, sfida le nostre concezioni tradizionali e potrebbe rimodellare la nostra comprensione dell’evoluzione cosmica, dalla formazione delle prime galassie alla struttura su larga scala dell’Universo.

Lo studio è stato pubblicato sul The Brighter Side of News.

Nel nome di Proxima Centauri è presente una delle caratteristiche più significative di questa nana rossa di classe spettrale M5. Il suo nome deriva dal latino proxima (prossima, la più vicina), con i suoi 4,2 anni luce di distanza, infatti, è la stella più vicina al nostro Sole. Perlomeno lo sarà per altri 33 000 anni, dopo i quali la stella più vicina diventerà Ross 248, un’altra nana rossa.

Proxima è stata scoperta nel 1915 dall’astronomo sudafricano di origine scozzese Robert Innes. Nel 1951  Harlow Shapley annunciò che Proxima Centauri era in realtà una stella a brillamento: uno studio comparato delle lastre fotografiche antecedenti aveva infatti mostrato che la stella si mostrava più luminosa in circa l’8% delle immagini, diventando così la stella a brillamento più attiva conosciuta. Pur possedendo una luminosità molto bassa la “nostra vicina di casa” è soggetta a frequenti ed intensi brillamenti causati dalla sua attività magnetica.

Questi fenomeni non sono un buon viatico per la possibile presenza di vita sui pianeti che nel corso degli anni gli astronomi hanno individuato. Sono passati circa 4 anni da quando un team di astronomi ha scoperto Proxima b, un pianeta roccioso che orbita nella fascia abitabile della stella. La scoperta di Proxima b è stata confermata attraverso uno studio indipendente usando i dati raccolti dallo strumento ESPRESSO montato sul Very Large Telescope in Cile.

Proxima b era stata scoperta osservando lo spostamento Doppler delle righe spettrali della luce della stella Proxima Centauri. ESPRESSO è uno spettrografo più potente di HARPS che era stato utilizzato dal primo gruppo di astronomi per la sua scoperta.

Con il nuovo studio risulta che la massa di Proxima b è circa 1,17 volte quella terrestre e riceve più o meno la stessa intensità luminosa che la Terra riceve dal nostro Sole. A rendere complicata la possibile esistenza di forme di vita anche elementari è che il pianeta ruota intorno ad una stella molto piccola e più debole del Sole, con un’orbita strettissima, in appena 11 giorni.

Il pianeta è esposto a frequenti brillamenti ed ad un’intesa irradiazione di raggi X. Non conosciamo l’eventuale presenza di una sua atmosfera e pertanto la sua abitabilità è al momento priva di consistenza scientifica. ESPRESSO ha suggerito però la possibile presenza di un altro pianeta nel sistema di Proxima Centauri. Avrebbe una massa pari ad un terzo di quella terrestre ed un orbita ancora più stretta intorno alla nana rossa, completata in soli 5 giorni.

Se la presenza di questo pianetino sarà confermata il sistema di Proxima Centauri conterà al momento 3 pianeti, poiché nel 2019 un gruppo di astrofisici dell’INAF di Torino usando le osservazioni di HARPS ha trovato un possibile nuovo candidato con una massa 6 volte quella terrestre ed un periodo orbitale di circa 5 anni.

Il presunto Proxima c sarebbe stato addirittura osservato direttamente eventualità estremamente rara, ma che in questa specifica fattispecie, sarebbe stata possibile dalla vicinanza del sistema stellare di Proxima e dalla grande distanza orbitale del pianeta. Questa osservazione diretta è stata rivendicata dall’INAF di Padova e avrebbe già ricevuto alcune conferme attraverso l’analisi di vecchi dati raccolti da Hubble secondo un report dell’Università del Texas.

Allo stato attuale il sistema stellare di Proxima Centauri sarebbe composto sicuramente da Proxima b e con buone probabilità anche da c e d. La presenza di questi pianeti intorno alla stella più vicina al sistema solare rafforza Proxima come la metà più “abbordabile” di una prima missione interstellare.

Purtroppo con l’attuale tecnologia un viaggio verso Proxima impiegherebbe circa 110.000 anni per giungere a destinazione, un po’ meglio andrebbe per una piccola sonda che sfruttasse la fionda gravitazionale. Un ipotetico motore a ioni, in grado di raggiungere il 30% della velocità della luce riuscirebbe a portare una sonda nel sistema di Proxima in “soli” 20 anni. I dati raccolti da questa sonda, indispensabili per studiare da vicino le caratteristiche ad esempio di Proxima b, impiegherebbero 4 anni per tornare sulla terra.

Insomma è evidente che siamo ancora lontani dalla prima missione interstellare diretta verso la nostra “vicina di casa”: Proxima Centauri.

fonti: Le Scienze, luglio  2020, edizione cartacea Wikipedia

Sembra un qualcosa di surreale: un meteorite che lascia la Terra per poi tornarci, come se fosse un viaggiatore in carne e ossa. Eppure sembra che la cosa sia accaduta realmente.

Gli scienziati stanno cercando di confermare che una roccia nera scoperta in Marocco nel 2018 abbia effettivamente abbandonato l’attrazione gravitazionale del nostro Pianeta per poi tornarvi, come se fosse un figlio che dopo un lungo viaggio sentisse la mancanza della propria madre.

Alla roccia è stato dato il nome di Northwest Africa (NWA) 13188 e se le cose stessero realmente in questo modo, sarebbe il primo meteorite conosciuto ad aver compiuto questo incredibile viaggio di andata e ritorno. 

Le stranezze di NWA 13188

Il fatto che questo “boomerang” da 646 grammi possa aver fatto un’escursione celeste non è l’unica cosa strana. L’aspetto frastagliato di NWA 13188, la consistenza dei cristalli e la composizione chimica precisa suggeriscono fortemente il tipo di rocce che si formano dai minerali fusi prodotti dai vulcani vicino alle placche oceaniche che affondano proprio qui sulla Terra.

Da aggiungere, poi, la sua miscela di isotopi di ossigeno e la firma di oligoelementi, e diventa altamente dubbio che questa roccia sia un meteorite. Almeno, non la tipica varietà space-rock. Tuttavia, secondo Jérôme Gattacceca, un geofisico del Centro nazionale francese per la ricerca scientifica che ha presentato le scoperte del suo team alla conferenza di geochimica di Goldschmidt in Francia, la roccia ha avuto un viaggio interessante che l’ha vista trascorrere una notevole quantità di tempo in orbita.

Come informa Sciencealert, le concentrazioni di elio-3, berillio-10 e neon-21 potrebbero essere spiegate solo dall’esposizione ai raggi cosmici, radiazioni che si trovano nello spazio ma in gran parte bloccate dal campo magnetico terrestre. Sebbene la concentrazione di questi isotopi fosse inferiore a quella di altri meteoriti, era significativamente più alta di altre rocce della Terra. Ciò suggeriva che NWA 13188 fosse stato esposto ai raggi cosmici galattici per un periodo breve ma significativo, fino a poche decine di migliaia di anni.

Non ci sono dubbi che sia un meteorite

NWA 13188 aveva anche una “crosta di fusione” vetrosa, suggerendo che potrebbe essersi sciolta mentre entrava nell’atmosfera terrestre. Tutto ciò “preclude che NWA 13188 sia un meteorite ‘falso’ artificiale”, scrivono Gattacceca e i suoi colleghi. “Pertanto, consideriamo NWA 13188 un meteorite, lanciato dalla Terra e successivamente riaccresciuto sulla sua superficie”, concludono. Come questa roccia terrestre sia arrivata nello spazio è un mistero, ma è possibile che sia stata espulsa durante un’eruzione vulcanica o gettata nello spazio quando un altro meteorite si è schiantato sulla Terra, affermano i ricercatori. 

Come è stato lanciato dalla Terra?

Per andare in orbita, una roccia lanciata dalla bocca di un vulcano in tempesta dovrebbe muoversi a decine di migliaia di chilometri all’ora, una magnitudo più veloce di quanto si stima possa volare la maggior parte delle rocce. I pennacchi vulcanici più alti di solito raggiungono solo circa 31-45 chilometri sopra la Terra (101.700-147.600 piedi), quindi è improbabile che i vulcani possano lanciare rocce nello spazio.

Alcune collisioni tra la Terra e grandi asteroidi sarebbero state abbastanza forti da lanciare rocce nel Sistema Solare. Una roccia terrestre di 4 miliardi di anni (la prima nota alla scienza) è stata trovata sulla Luna durante la missione Apollo 14 nel 1971. Questa roccia è stata probabilmente lanciata dalla Terra alla Luna allora molto più vicina dopo una collisione di asteroidi.

Quanti anni ha la roccia?

L’età di NWA 13188 è sconosciuta, ma il team di Gattacceca sta lavorando alla datazione della roccia misurando le concentrazioni di un isotopo dell’argon. La ricerca inedita non ha convinto tutti. “Quando sostieni ipotesi straordinarie, hai bisogno di prove straordinarie per sostenerle. Non sono ancora convinto”, ha detto lo scienziato planetario Philippe Claeys ad Alex Wilkins del New Scientist.

Meteoriti provenienti da Marte sono stati trovati anche nel deserto del Sahara; una roccia di 4,4 miliardi di anni chiamata “Black Beauty” è stata scoperta dai cacciatori di meteoriti locali e venduta a una collezione privata nel 2011. Ora ha un valore di mercato di oltre 10.000 dollari al grammo.