Secondo la teoria della relatività generale, una galassia deve avere una certa quantità di massa per essere tenuta insieme dalla gravità. Tuttavia, gli scienziati non vedono abbastanza massa visibile in molte galassie nell’Universo, eppure la gravità mantiene tali galassie intatte. Com’è possibile?
La gravità può esistere senza massa?
È qui che entra in gioco il concetto di materia oscura. Gli scienziati credono che le galassie abbiano massa invisibile sotto forma di materia che non interagisce con la luce. La gravità che trattiene queste galassie esiste a causa di questa massa invisibile.
Per decenni, questa spiegazione ha supportato l’esistenza dell’ipotetica materia oscura. Un nuovo studio sostiene che la gravità può esistere anche senza massa, eliminando potenzialmente del tutto la necessità della materia oscura.
Questa teoria unica: “È a sua volta guidata dalla mia frustrazione per lo status quo, vale a dire la nozione dell’esistenza della materia oscura nonostante la mancanza di prove dirette per un intero secolo“, ha affermato Richard Lieu, autore dello studio e illustre Professore di fisica e astronomia presso l’Università dell’Alabama a Huntsville (UAH).
Lo studio
Secondo Lieu, la gravità necessaria a tenere insieme alcune galassie o ammassi potrebbe derivare da “difetti topologici simili a gusci”. I difetti topologici sono strutture compatte uniche nello spazio che presentano un’elevata densità di materia.
È probabile che tali difetti si siano verificati per la prima volta nell’universo primordiale durante la transizione di fase, un evento durante il quale la materia nell’universo subisce un importante cambiamento fisico. Questi difetti potrebbero apparire come lunghe formazioni lineari chiamate stringhe cosmiche, oppure come forme piatte, simili a gusci.
“I gusci descritti nel mio studio sono costituiti da un sottile strato interno di massa positiva e da un sottile strato esterno di massa negativa. La massa totale di entrambi gli strati, che è tutto ciò che si potrebbe misurare, in termini di massa, è esattamente zero, ma quando una stella giace su questo guscio, subisce una grande forza gravitazionale che la tira verso il centro del guscio“, ha spiegato Lieu.
È un po’ simile al modo in cui i fotoni, che di per sé non hanno massa, sperimentano comunque la gravità a causa della presenza di grandi entità astronomiche. Questo perché quando la gravità deforma lo spazio e il tempo, interagisce con tutto quello che si trova all’interno della curvatura, che abbia o meno massa.
Quando la luce attraversa un oggetto astronomico massiccio, invece di procedere dritta, si piega mentre si muove lungo la curvatura dello spaziotempo. Questo fenomeno è chiamato curvatura gravitazionale e serve anche come prova indiretta dell’esistenza della massa e dell’influenza della gravità su un oggetto come descritto dalla relatività general.
Fino ad oggi, ogni volta che si osserva una curvatura in una galassia o in un ammasso di galassie, ma non c’è massa visibile, gli scienziati presumono semplicemente che sia la materia oscura invisibile a causare la curvatura.
Secondo Lieu, quello che accade è che le galassie e gli ammassi la cui massa non è visibile comprendono una serie di difetti topologici simili a gusci. Quando la luce passa attraverso ogni guscio, viene leggermente tirata verso l’interno, verso il centro di queste strutture.
Quando la luce attraversa più gusci, l’effetto combinato provoca una deformazione evidente, simile all’effetto di una grande quantità di materia oscura, proprio come la velocità delle stelle in orbita sembra essere influenzata dalla materia oscura.Tuttavia, secondo lo studio attuale, non esiste materia oscura e la curvatura è dovuta interamente ai difetti topologici.
Conclusioni
“Attualmente non è chiaro quale forma precisa di transizione di fase nell’Universo possa dare origine a difetti topologici di questo tipo”, ha affermato Lieu. Inoltre, la teoria attuale: “Non è di per sé sufficiente a screditare l’ipotesi della materia oscura: potrebbe essere un interessante esercizio matematico nella migliore delle ipotesi, ma è la prima prova che la gravità può esistere senza massa”, ha concluso.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
