Nella scienza, il fulgido esempio dei buchi neri: la liberazione

Se c’è una cosa su cui i fisici sono d’accordo, è che questo problema manca. L’astronoma americana Vera Rubin lo dimostrò negli anni ’70 osservando la rotazione delle galassie: misurò che le stelle ai margini orbitavano attorno al centro galattico più velocemente del previsto, senza ritrovarsi espulse nello spazio dalla forza centrifuga. Questo è un segno che queste stelle sono mantenute bloccate nella galassia dalla gravità. Ma non è quello che fanno le stelle: non sono abbastanza per generare la stessa quantità di gravità. Pertanto, esiste inevitabilmente una “materia” diversa da quella che vediamo. Materia sei volte più presente (in termini di massa) della materia ordinaria di stelle, pianeti e nebulose gassose. Una sostanza che non emette né assorbe luce, e quindi è impossibile da vedere, ma esercita una forza gravitazionale e permette alle galassie di tenersi insieme. È stata chiamata materia oscura, per mancanza di una parola migliore.

Di cosa sono fatti e, soprattutto, come fai a saperlo? La ricerca della materia oscura è uno degli argomenti più ampi dell’astrofisica, poiché implica portare alla luce un’entità di cui non conosciamo la natura. Dovresti essere in grado di scoprire qualcosa di cui non sai nulla. Una delle prime idee dei fisici è stata quella di inventare “i deboli”, un nuovo tipo di particella che interagisce a malapena con la materia ordinaria (protoni, neutroni ed elettroni) se non per mezzo della gravità. Abbiamo immaginato, progettato, finanziato e costruito macchine per rilevare le poche rare collisioni che possono verificarsi tra un atomo debole e un atomo ordinario. Non ne è venuto fuori nulla di definitivo. Ma va bene. Se ancora non sappiamo cosa sia la materia oscura alla fine di un esperimento fallito, almeno sappiamo cosa non è. Presenta importanti fallimenti.

Sempre più ipotesi

Parallelamente, la ricerca della materia oscura è proseguita sul versante della materia grigia. I teorici hanno prodotto sempre più ipotesi. Possono esserci particelle chiamate assioni, che hanno proprietà diverse da quelle isotropiche, o ancora altre particelle molto leggere (un pollice di massa di elettroni)… a meno che non sia il contrario: e se la materia oscura fosse composta da stelle massicce che sono invisibili a i nostri occhi perché non emettono e non riflettono la luce? Possono essere semplici buchi neri, nane brune (cadaveri di stelle) e pianeti erranti il ​​cui numero nell’universo è stato molto sottovalutato.

Per ognuna di queste strade è necessario condurre esperimenti per creare nuovi strumenti in grado di confermarlo. A volte cerchiamo prove dirette di una nuova particella, come nei rivelatori di collisione. Altre volte, lavoriamo su prove indirette, come gli effetti della materia oscura sulle osservazioni astronomiche. Uno di questi effetti è l’effetto “lente gravitazionale”: certe luci delle galassie arrivano a noi distorte, allungate dall’attrazione gravitazionale di una nuvola di materia invisibile che si trovava sul suo cammino. La ricerca di nuove teorie convive da decenni con la progettazione di strumenti per metterle alla prova, e il campo delle possibilità si sta solo ampliando senza che riusciamo a trovare l’inizio della soluzione.

“Sappiamo molto poco del nostro universo”

In questa caccia ai fantasmi, anche i fisici non escludono l’assenza di materia oscura. Invece di perseguirlo incessantemente in un’infinità di grandezza grande o infinita, forse dovremmo cercarlo nei… nostri errori di calcolo. Pertanto la teoria di Mond propone una leggera modifica della seconda legge di Newton, che risolverebbe il problema della rotazione delle galassie molto rapidamente. Studi recenti hanno anche riscontrato anomalie nella velocità delle stelle e suggeriscono che l’intera complessità delle leggi di gravità potrebbe essere stata fraintesa.

“Non so se c’è materia oscura, o se abbiamo bisogno di cambiare la definizione di gravità, o qualcos’altro. Sappiamo molto poco del nostro universo. Ma è divertente”. disse Vera Rubin. Mi sono già reso conto che, sulla scala della vita di un cercatore, la cosa più importante non è la rimozione del dubbio, ma il piacere di andare avanti nella caccia al tesoro.

Venerdì 9 settembre 2022 si svolge la quinta notte di ENS con convegni e tavole rotonde per scoprire, comprendere e domare l’incertezza.