La materia oscura potrebbe non esistere: la teoria MOND

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La materia e l'energia oscura sono uno dei più grandi misteri dell'universo. Sebbene invisibili e inafferrabili, costituiscono circa il 95% del cosmo. Gli scienziati hanno dedotto l'esistenza della materia sconosciuta osservando gli effetti gravitazionali che esercita sulle galassie e sulla materia visibile. E se invece non esistesse? La teoria MOND (Modified Newtonian Dynamics) potrebbe spiegare quegli effetti anomali senza nominare la materia oscura.

Nota: se già conoscete l'argomento potete passare alla parte dedicata alla teoria MOND

La scoperta

La scoperta della materia oscura è strettamente legata al lavoro del fisico e astronomo svizzero Fritz Zwicky negli anni '30. Mentre studiava l'ammasso della Chioma, un grande gruppo di galassie, Zwicky notò qualcosa di strano. Utilizzando il metodo della viriale, che permette di calcolare la massa totale di un insieme di galassie basandosi sulla velocità delle sue componenti, Zwicky scoprì che la massa visibile delle galassie era molto meno rispetto a quella calcolata. 

Zwicky non riusciva a spiegare che le galassie all'interno dell'ammasso si muovessero molto più velocemente di quanto ci si sarebbe aspettato basandosi solo sulla materia visibile, come stelle e gas. Pensò quindi che doveva esserci una quantità di massa molto maggiore di quella che poteva essere vista direttamente. Egli propose l'esistenza di una forma di materia invisibile, che chiamò "dunkle Materie" o "materia scura"

.

Sebbene le idee di Zwicky non furono inizialmente prese sul serio dalla comunità scientifica, ulteriori ricerche negli anni successivi, soprattutto negli anni '70 grazie ai lavori di Vera Rubin e Kent Ford sulle curve di rotazione delle galassie a spirale, hanno fornito evidenze concrete a sostegno dell'esistenza della materia oscura (post su Vera Rubin e le sue scoperte). 

I misteri e i problemi della materia oscura

Di che cosa è fatta la materia oscura?

Uno degli aspetti più misteriosi della materia oscura è quello che non sia visibile direttamente, infatti nessuna particella del modello standard delle particelle elementari rispecchia le caratteristiche della "dark matter".

Come è distribuita la materia oscura nell'universo? 

Sappiamo che la materia oscura è distribuita in grandi aloni intorno alle galassie, ma i dettagli precisi della sua distribuzione e la sua evoluzione nel tempo sono ancora poco chiari.

Come si è formata la materia oscura? 

Non abbiamo una teoria consolidata sull'origine della materia oscura. Potrebbe essersi formata durante il Big Bang o essere il risultato di processi cosmici successivi.

La teoria MOND

La "teoria Mond" (MOdified Newtonian Dynamics ovvero Dinamica newtoniana modificata) è una teoria alternativa alla gravità newtoniana. Fu proposta dal fisico Mordehai Milgrom nel 1983. Questo fisico esclude la possibilità che esista la materia oscura e spiega le strane velocità delle galassie con una modifica alla Gravitazione Universale, negando l'esistenza di un nuovo tipo di materia.

Questa modifica compare solo in scale galattiche, come nelle osservazioni dell'ammasso della Chioma di Zwicky. La MOND prevede che a grandi distanze da un centro gravitazionale, la forza di gravità aumenti. Per essere più chiari a distanze relativamente corte la formula è questa:

Dove G è la costante di gravitazione universale (G= 6,67*10^-11 (N*m^2)/kg^2), le due m sono le masse dei due corpi e r è la loro distanza.

Se vi siete spaventati leggendo il valore di G allora ci tengo a comunicarvi che è minuscolo rispetto a quello delle altre tre interazioni fondamentali della fisica. Se vuoi sapere quali sono leggi il mio post.

Invece a grandi distanze entra in gioco la MOND che dice che la gravità diminuisce con l'inverso della distanza (r) e non con il suo quadrato (r^2) come secondo Newton. Quindi la formula è F=G*[(m1*m2)/r].

Questa era la matematica, ora vediamo il significato pratico. Se abbiamo una galassia a spirale, come la Via Lattea, la forza di gravità che le stelle in periferia avvertono è più di quella prevista da Newton.

L'affidabilità della MOND 

La MOND è di certo una teoria affascinante che riesce a spiegare e predire le curve di rotazione delle galassie senza mettere in gioco un nuovo tipo di materia, ma non è compatibile in scale cosmologiche più grandi e complesse come negli ammassi di galassie. La MOND ha, però, un problema ancora più significativo: non è compatibile con la relatività generale. Quindi per moltissimi astrofisici la teoria MOND è da escludere. In particolare questa analisi la confuta con altissime probabilità (16 deviazioni standard).

Al prossimo post da Leonardo!

Credito immagini: www.deutschlandfunk.de; www.media.inaf.it; it.wikipedia.org; arxiv.org;