Gli studi sulla Materia Oscura di Vera Rubin

Benvenuti e benvenute nel nuovo post di AstroNEWs!

Oggi sono qui per parlarvi di Vera Rubin e dei suoi studi sulla materia oscura.

Immaginatevi in una baita alpina, seduti su una sdraia ad ammirare il cielo notturno. Sicuramente vedreste moltissime stelle, pianeti ed altri magnifici corpi celesti. Molto spesso ci soffermiamo, però, più sui piccoli particolari di una cosa e non la guardiamo per intero. Soffermiamoci su tutto quello che compone il cielo. Noteremo che i corpi celesti occupano solo una piccolissima parte.

Gli scienziati hanno cercato le percentuali esatte della materia che compone l’universo. Osservandolo possiamo notare che la materia ordinaria (tutta quella che possiamo vedere: dagli atomi alle galassie) è solo una piccolissima parte, il 4,9%. Notiamo altri due componenti, la materia e l’energia oscura che rappresentano rispettivamente 26,8% e 68,3%. Questo ci fa capire che in realtà la nostra percezione del cosmo è molto più ristretta di quanto pensiamo.

Queste ultime due componenti sono del tutto ignote proprio perché sono “oscure”, cioè non emettono o riflettono luce, come i buchi neri.

Oggi andremo ad approfondire soprattutto la materia oscura. 

Per capire meglio cos’è e quali conseguenze ha sulla nostra realtà dobbiamo tornare al 1928 a Philadelphia.

In quest’anno, nasce Vera Rubin. Vera mostra fin da bambina una passione smisurata per le stelle e nel 1948, dopo aver ricevuto il titolo di “Bachelor” (una laurea di primo livello) prova ad iscriversi alla prestigiosa Università di Princeton. Proprio qui viene cacciata per il solo fatto di essere donna, infatti poche università o centri di studio erano aperti a tutti i generi a quel tempo.

Vera, però non si arrende, e si iscrive alla “Cornell University”, dove ha l’onore di avere professori come Richard Feynman (foto accanto), celebre scienziato noto per le sue scoperte nel campo della fisica quantistica, ed Hans Bethe, famoso premio Nobel per i contributi alla reazione nucleare che avviene dentro le stelle. In seguito (1954) si laurea all’Università di “Georgetown”, diretta dal celebre fisico George Gamow ed alcuni anni dopo, Vera, ottiene un posto presso la Carnegie Institution di Washington, dove rimane per tutta la vita.

 

Insomma, quella di Vera Rubin è una storia di ribellione, passione e soprattutto di lotta verso i propri obiettivi, ma adesso andiamo a trattare veramente l'importanza degli studi di Vera Rubin.

Vera ha posto la sua attenzione ai moti delle galassie.

Al tempo questo argomento era stato poco approfondito per via delle apparecchiature non sufficientemente potenti per studiare a fondo le galassie. Si pensava si comportassero come aveva descritto Isaac Newton due secoli prima con la legge della gravitazione universale. La convinzione era quella che un oggetto sottoposto alla forza gravitazionale vicino al centro di massa si muovesse più velocemente di un oggetto che sta alla sua periferia. Questa teoria era stata applicata correttamente al sistema solare. Ad esempio il pianeta più vicino al Sole, Mercurio orbita intorno ad esso ad una velocità di 48 km/s e Plutone, che sta ai confini del sistema, orbita a 4,7 km/s. La differenza è grandissima e la legge di Newton funziona perfettamente all’interno di sistemi stellari. Il problema è che con le galassie la faccenda si complica.

Vera durante gli anni sessanta lavorò con l’astronomo Kent Ford, che aveva inventato uno spettrometro ad alta sensibilità per studiare la dinamica delle stelle all’interno della nostra galassia, la Via Lattea. Vera si aspettava un risultato identico all’esempio del sistema solare mostrato in precedenza usando la legge di Newton. 

I suoi calcoli rivelano una realtà molto diversa da quella che si aspettava: le stelle che stavano al centro della Via Lattea orbitano alla stessa velocità di quelle al bordo. (immagine in alto a sinistra). 

Questa cosa andava contro le leggi di Newton.

Questa osservazione cambiò il punto di vista dell’universo dell’intera comunità scientifica e rivelò moltissime leggi molto utilizzate ma non corrette. Vera diceva infatti che:

"La Scienza progredisce meglio quando le osservazioni costringono a cambiare i nostri preconcetti."

Per provare la sua teoria, però, Vera aveva bisogno di prove di altre galassie in cui accadeva lo stesso fenomeno, così poco tempo dopo, raccolse moltissimi dati sui moti dei corpi celesti all’interno delle galassie che non potevano essere spiegate dalla meccanica newtoniana.

Nel 1980, i dati di queste osservazioni, raccolti anche da altri astronomi, erano diventati così tanti e evidenti che non potevano essere più ignorati. La comunità scientifica iniziò a porsi una domanda:

Che cosa potrebbe spiegare queste anomalie nelle orbite delle galassie?

Dopo qualche tempo iniziano a crearsi delle ipotesi: la più sostenuta era quella dell’esistenza di un altro tipo di materia, invisibile ai telescopi, che teneva insieme le galassie: quella che gli astronomi della materia oscura. 

Ma di cosa è fatta questa materia?

Sì ipotizza che sia formata da neutrini o particelle che non reagiscono alla luce, addirittura si ipotizzano anche microscopici buchi neri con la massa di una montagna. Di sicuro è una tipologia di materia sconosciuta, che i fisici di particelle cercano da molto tempo grazie agli acceleratori di particelle, come quello del CERN di Ginevra.

Finora sappiamo ben poco della materia oscura, ma con la sonda Euclid dell'Esa lanciata il 1 luglio 2023. Questo telescopio sarà utilizzato per mappare miliardi di galassie e studiare la materia oscura tramite la loro distribuzione. Dovremo aspettare però circa un mese per ricevere i primi risultati della missione. Restate sul canale per attendere un mio video.

Nel frattempo Vera Rubin diventò molto famosa e ci lasciò nel 2016 con un grandissimo contributo nell'astrofisica.

Ricordo che i commenti sono aperti a domande e dubbi sugli argomenti che trattiamo spesso nel blog.

Al prossimo post da Leonardo👋👋👋!!!