Materia oscura ed energia oscura

Misurando $H_0$ con precisione sempre maggiore, e osservando le curve di rotazione delle galassie e le anisotropie del fondo cosmico di microonde (CMB), gli astrofisici hanno scoperto due “componenti mancanti” enormi nel bilancio dell’universo. La materia ordinaria — stelle, gas, pianeti, noi — costituisce appena il $5\%$ circa del totale. Tutto il resto è oscuro.

La materia oscura rappresenta circa il $27\%$ della massa-energia totale. Non emette luce, ma esercita gravità. È lei a spiegare perché le galassie ruotano più velocemente di quanto la sola materia visibile giustificherebbe, perché gli ammassi di galassie restano legati gravitazionalmente, e perché nelle simulazioni numeriche emergono le strutture filamentose osservate. La sua natura microscopica è però ignota: forse particelle di tipo WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), forse qualcosa di ancora più esotico.

L’energia oscura rappresenta circa il $68\%$ del totale. È una sorta di “pressione negativa” che fa accelerare l’espansione dell’universo. Fu scoperta nel 1998 (Perlmutter, Schmidt e Riess; Nobel 2011) analizzando supernove di tipo Ia molto lontane: si trovano più lontane di quanto la legge di Hubble lineare prevedesse, segno che l’espansione sta accelerando. Anche la sua natura microscopica è uno dei maggiori problemi aperti della fisica fondamentale.

Sintesi cosmologica

Legge di Hubble: $v = H_0 d$, espansione cosmica. Il bilancio dell’universo è circa $5\%$ materia ordinaria $+\ 27\%$ materia oscura $+\ 68\%$ energia oscura. E l’universo accelera la propria espansione.

Da dove viene tutto questo?

Estrapolando l’espansione all’indietro, circa $1{,}4\cdot 10^{10}$ anni fa l’universo aveva densità infinita: il Big Bang. Negli ultimi $13{,}8$ miliardi di anni si è raffreddato dalle temperature dei nuclei e dei quark fino agli attuali $2{,}7$ K del fondo cosmico di microonde, i fotoni residui di quel calore primordiale, scoperti da Penzias e Wilson nel 1964 (Nobel 1978). È la “fotografia da neonato” dell’universo.

Collegamenti

Argomenti: Relatività ristretta

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