Materia oscura, il progetto Euclide

Il progetto Euclide, un telescopio spaziale realizzato dall'ESA, permetterà di misurare gli effetti gravitazionali della materia oscura.

2030

Cos’è la materia oscura, perché supponiamo che esista senza averla mai osservata né misurata in nessun esperimento?

Gran parte della massa dell’universo, secondo astronomi ed astrofisici, è composta da materia oscura, in quantità molto maggiore della materia ordinaria che compone galassie, stelle, pianeti ed esseri umani e per comprenderla dobbiamo studiarne il comportamento e dove si nasconde nel cosmo.

La materia oscura viene chiamata appunto “oscura” perché non interagisce con le radiazioni elettomagnetiche, dunque è invisibile ai nostri occhi e ai nostri strumenti e per poterla osservare avremo bisogno di uno strumento particolare, un telescopio che mapperà la struttura dell’universo e ci insegnerà molte cose su questa massa nascosta dandoci inoltre qualche indizio sull’energia oscura. Questo nuovo telescopio chiamato Euclide sarà realizzato dall’ESA.

Il coordinatore scientifico di Euclide, Leida Henk Hoekstra, spiega come la scienza si è accorta dell’esistenza della materia oscura: “Stiamo orbitando attorno al centro della nostra galassia a 220 chilometri al secondo”, afferma Hoeksta. Una velocità straordinaria, che fortunatamente non avvertiamo. Tuttavia, sta succedendo qualcosa di strano. “In base al numero di stelle nella nostra Via Lattea, le stelle ai margini della Via Lattea dovrebbero possedere una velocità molto più bassa, tuttavia si muovono velocemente quanto il Sole. Eppure queste stelle non vengono espulse dalla Via lattea e lanciate nell’universo. Qualcosa le tiene insieme”.

La spiegazione a questo effetto può essere che esiste della materia che non possiamo vedere ma che esercita una forza di attrazione gravitazionale extra, in parole semplici la materia oscura.

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Hoekstra aggiunge: “O, in alternativa, la teoria della gravità è sbagliata. Ma tutto indica che esiste la materia oscura, solo che ancora non sappiamo cosa sia. Ciò che sappiamo è che non interagisce con la luce“.

Ma le stranezze non finiscono qui, dal 1998 sappiamo che l’universo si espande in maniera accelerata e per spiegare questo meccanismo è necessario aggiungere un ingrediente ancora più strano: l’energia oscura.

Perché abbiamo bisogno di Euclide

Abbiamo alcune lacune nella conoscenza e queste non possono essere colmate con osservazioni esistenti. Pertanto, l’unica strada da percorrere è eseguire misurazioni migliori“. Ed è qui che entra in nostro soccorso Euclide, il satellite che l’Agenzia spaziale europea lancerà nel 2022.

Posto a una distanza di 1,5 milioni di chilometri dalla Terra, Euclide mapperà un terzo del cielo. Quindi potremo rispondere a domande su come si forma la struttura nell’universo sotto l’influenza della gravità o come viene distribuita tutta la materia nell’universo e come cambia nel tempo. Hoekstra aggiunge: “Una risposta all’ultima domanda ci consentirà di testare direttamente i modelli per l’energia oscura“. Hoekstra è uno dei quattro cosmologi coordinatori e leader del progetto ‘weak lensing” sul quale afferma: “investigheremo su come la materia oscura distorce lo spazio-tempo“.

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L’universo è come un serbatoio d’acqua pieno di monete

Ma in che modo?

Hoekstra continua: “La massa distorce lo spazio-tempo attorno ad essa. Puoi misurare quell’effetto, anche se non riesci a vedere la materia oscura“.

Hoeskra utilizza un’analogia illuminante per spiegare come la massa genera la distorsione. “Confrontiamo lo spazio-tempo con un serbatoio di acqua contenente una moneta. Se tocchi il serbatoio, l’acqua si increspa e sembra deformare la moneta. Scatta diverse foto della moneta e vedrai che la moneta appare diversa ogni volta“.

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Supponi di avere un sacco di monete e sai che sono originariamente rotonde, così puoi capire quanta acqua c’è in quel serbatoio“. Con la materia oscura è esattamente lo stesso, dice il cosmologo. “La materia oscura provoca una leggera deformazione delle galassie sullo sfondo. Potremo misurare questa distorsione con Euclide calcolando la media delle forme del maggior numero possibile di galassie“.

Più ce n’è meglio è

Più materia oscura c’è, più le galassie sullo sfondo appariranno distorte. In questo modo, si potrà determinare la distribuzione della materia oscura nell’universo. Ma prima, sono necessarie molte immagini nitide. “Più galassie misuriamo, più affidabili saranno i risultati. Quindi stiamo parlando di big data, non solo per la quantità di dati ma anche per la loro complessità. Il numero di immagini che il telescopio Hubble ha raccolto negli ultimi 25 anni è quello che raccoglieremo in pochi giorni“.

La più grande collaborazione di astronomia di sempre

Non solo la raccolta di dati sarà grande, lo sarà anche il numero degli astronomi coinvolti nel progetto Euclide.

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Sarà il più grande team di astronomia del mondo, con circa 1500 scienziati, ingegneri e tecnici. Tuttavia, il numero di astronomi che beneficeranno di Euclide sarà molto più grande: i dati saranno infine pubblicati e di libero accesso e potranno essere utilizzati per vari scopi, come scoprire i quasar più distanti e identificare stelle massicce nelle galassie vicine“. All’inizio, i dati saranno disponibili solo per i partecipanti a Euclide, dopodiché avremo i cosiddetti rilasci di dati. Per dare alla gente un’idea dei primi risultati, avremo anche alcune versioni rapide. E quelli saranno fenomenali”, afferma Hoekstra.

Fonti: Phys.org; Galileo.