Materia oscura gravità cosmologia astrofisica
Riproduzione dell'articolo del Monde del venerdì 17 marzo 2000
Se la materia oscura devia il corso della luce, allora esiste davvero
La deformazione delle immagini di galassie lontane dimostra l'esistenza di oggetti immensi e invisibili. Da anni gli astronomi cercano di individuare la materia oscura (il 90% della materia nell'universo). Sono state avanzate molte ipotesi per spiegare la natura di questo mezzo che sfugge ai telescopi: oggetti massivi (nane brune) e particelle elementari (neutrini). Ma i conti non tornano. Si pensa quindi che questa materia potrebbe essere composta da particelle teoriche ancora da scoprire. Gli astronomi sono fermi: il 90% della materia dell'Universo sfugge ai telescopi. Sulle immagini compaiono solo galassie e miliardi di stelle che le compongono, nebulose scure o luminose che punteggiano il cielo e lampi giganteschi di energia i cui meccanismi di produzione non sono del tutto compresi (...). Grazie ai progressi della tecnologia, nuove finestre si sono aperte nell'infrarosso, nell'ultravioletto, nei raggi X e nei raggi gamma. Più di recente, gli astronomi si sono aperti all'astronomia dei neutrini, particelle fugaci che contribuirebbero in modo significativo alla massa dell'universo. ...Ma i teorici sanno bene che, nonostante ciò, la maggior parte dell'universo sfugge alla comunità astronomica, che non può accontentarsi del campo di esperienza ristretto – il 10% del totale – che le è offerto. È per questo che da molti anni cercano di mettere in evidenza questa famosa materia oscura, costituente principale del nostro universo. Un team dell'Istituto di Astrofisica di Parigi, associato ad astronomi francesi (CEA Saclay, Telescopio Canada-Francia-Hawaii (CFHT) e Laboratorio di Astronomia Spaziale di Marsiglia) e stranieri (Canada, Germania, Stati Uniti), ha appena aperto una finestra su questo mondo. Proprio prima di un team britannico guidato da Richard Ellis (Cambridge e Caltech) e di uno americano guidato da Tyson (Bell Labs, New Jersey), che hanno entrambi confermato in parte questi risultati.
Come hanno fatto i ricercatori a superare l'invisibile e confermare l'esistenza di questa materia oscura? Ricorrendo a un principio secondo cui la luce si curva in prossimità di una massa enorme di materia (Sole, ammassi di galassie), a causa della gravità. Questa ipotesi è stata più volte verificata. Ma gli astronomi si sono chiesti se lo stesso effetto potesse essere osservato con la materia oscura, supposta poco densa e presente in quantità considerevoli. Se fosse così, questa materia oscura tradirebbe la sua presenza senza poter essere vista. "Astigmatismo cosmico". "Nel 1991, spiega Yannick Mellier, dell'Istituto di Astrofisica di Parigi, la teoria prevedeva che oggetti lontani come le galassie, a causa della presenza di grandi masse di materia oscura lungo il percorso della loro luce, potessero apparire leggermente deformate e presentare forme allungate a ellisse. Ma, secondo i calcoli, questo effetto di astigmatismo cosmico era così debole che rilevarlo sembrava un'impresa ardua. " Inoltre, i ricercatori all'epoca mancavano di un modello teorico per validare eventuali misurazioni, così come di telecamere sufficientemente performanti per realizzarle. Da allora, la telecamera CFH 12K è stata sviluppata e il canadese Ludovic Van Waerbeke ha messo a punto strumenti di elaborazione adatti a questo programma di ricerca. Dopo cinque anni trascorsi ad analizzare le circa 200.000 galassie lontane fotografate dal telescopio Canada-Francia-Hawaii, i ricercatori sono finalmente riusciti nel loro intento. Sulle immagini del fondo del cielo prese dal CFHT, dopo un trattamento adeguato, appaiono oggi centinaia di piccole ellissi di colore verde acqua, ciascuna corrispondente a una galassia. ...Si può dedurre con certezza che questo fenomeno sia effettivamente il risultato di un effetto gravitazionale sulla luce emessa dalle galassie? "Certamente (...)", risponde Yannick Mellier. In assenza di materia lungo il percorso dei raggi luminosi – quindi senza effetto gravitazionale – anche le galassie ellittiche appaiono come piccoli punti rotondi. Nel caso contrario, l'immagine è coperta da piccole ellissi. Inoltre, l'effetto gravitazionale tende a organizzare queste galassie. Un po' come un magnete che orienta la polvere di ferro secondo le linee del campo magnetico a cui è sottoposto". Particelle ancora sconosciute. Sono queste impercettibili deformazioni e questa riorganizzazione delle galassie che permettono di affermare che la luce è stata deviata dalla sua traiettoria da filamenti di materia diffusa e invisibile. Una materia la cui densità è bassa (a differenza di quella del Sole e degli ammassi di galassie), ma i cui effetti sono comunque percepibili a causa della loro enorme estensione: da 100 milioni a un miliardo di parsec (1 parsec equivale a 3,36 anni luce). A titolo di paragone, la nostra galassia misura solo 34.000 parsec nella sua lunghezza massima. ...Sul modello tridimensionale che il team francese ha ricostruito al computer, l'effetto è impressionante. Nel suo percorso verso di noi, la luce cambia costantemente direzione in prossimità di questi filamenti che formano come un tipo di gruyère nello spazio che occupano. Una struttura che racconta la storia dell'Universo e rivela le condizioni iniziali della sua formazione. La materia oscura che sfugge al nostro sguardo non è della stessa natura (barionica) di quella di cui sono fatte le stelle e noi stessi. Secondo i teorici, sarebbe composta da particelle – WIMPs, assioni, particelle supersimmetriche, ecc. – ancora da scoprire. ...Una nuova porta si è appena aperta, agli astronomi è ora dato di attraversarla. Dovrebbero farlo presto con l'attivazione, tra due anni al CFHT, di una telecamera quattro volte più grande, la MégaCam, sviluppata dal CEA di Saclay. In un futuro più lontano, si pensa di installare una rete di circa cento telescopi da un metro di diametro e di lanciare un satellite americano, Snapsat, dedicato alle stelle esplosive (supernovae), ma in grado anche di individuare gli effetti della materia oscura.
Jean-François Augereau