Dagli anni '60, tra astronomi e cosmologi vi è stato un consenso generale sul fatto che la maggior parte dell'Universo sia costituita da una massa invisibile e misteriosa (nota come Materia oscura ). Sebbene gli scienziati non abbiano ancora identificato la particella candidata che costituisce questa massa, test e simulazioni indirette hanno dimostrato che la materia oscura deve esistere affinché l'Universo sia così com'è.
In una svolta affascinante, un team di ricercatori europei ha condotto una simulazione che ha osservato un universo senza materia oscura. Utilizzando una teoria alternativa nota come MOdified Newtonian Dynamics (MOND), il team ha creato a Simulazione computerizzata in cui le galassie erano in realtà molto simili a quelle che vediamo oggi nell'Universo. Questi risultati potrebbero aiutare a risolvere uno dei misteri più duraturi della cosmologia moderna.
Lo studio che descrive i loro risultati (recentemente pubblicato nel Giornale Astrofisico ) è stato condotto dal Popolazioni stellari e gruppo di ricerca sulle dinamiche (SPODYR) - guidato dal Prof. Pavel Kroupa del Istituto Helmholtz per le radiazioni e la fisica nucleare presso l'Università di Bonn. È stato raggiunto da Nils Wittenburg, un membro del dottorato di SPODYR, e Benoit Famaey, il direttore della ricerca presso l'Università di Strasburgo.
Questa teoria secondo cui la gravità si comporta in modo diverso da quanto si pensava in precedenza (a seconda della scala) è stata proposta per la prima volta dal fisico israeliano Prof. Dr. Mordehai Milgrom - da cui il nome alternativo 'gravità milgromiana'. Secondo questa teoria, l'attrazione tra due masse obbedisce Le leggi del moto di Newton (aka. Universal Gravitation) solo fino a un certo punto.
Ad accelerazioni più basse, come nel caso delle galassie, l'influenza della gravità diventa considerevolmente più forte. In breve, l'attrazione di un corpo dipende non solo dalla sua stessa massa ma anche dal fatto che altri oggetti siano nelle sue vicinanze. Questa teoria è una possibile spiegazione del perché le galassie non si rompono a causa della loro velocità di rotazione.
MOND è attraente anche perché rende del tutto superflua l'esistenza della Materia Oscura (che rimane non confermata). Tuttavia, MOND rimane una teoria in gran parte non dimostrata e non testata, che è ciò che Wittenberg e i suoi colleghi hanno cercato di affrontare. Con l'aiuto di Famaey, il team ha impiegato un software computazionale che esegue calcoli gravitazionali (che hanno progettato) per simulare un cosmo in cui esiste MOND.
Consisteva nel simulare la nascita delle prime stelle e galassie - che si ritiene si siano formate tra 100.000 e 300.000 anni dopo il Big Bang - e come si sono evolute da allora. Ciò che hanno scoperto, in modo abbastanza interessante, è che la distribuzione e la velocità delle stelle nelle galassie generate al computer seguivano lo stesso schema di quelle che sono visibili oggi nell'Universo.
Come Wittenburg, autore principale dello studio, spiegato :
“Sotto molti aspetti, i nostri risultati sono notevolmente vicini a ciò che osserviamo effettivamente con i telescopi. Inoltre, la nostra simulazione ha portato principalmente alla formazione di galassie a disco rotante come la Via Lattea e quasi tutte le altre grandi galassie che conosciamo. Le simulazioni di materia oscura, d'altra parte, creano prevalentemente galassie senza dischi di materia distinti, una discrepanza con le osservazioni che è difficile da spiegare'.
Inoltre, la simulazione MOND era virtualmente immune ai cambiamenti nei parametri, come la frequenza delle supernove e il loro effetto sulla distribuzione della materia nelle galassie. Nel caso di simulazioni in cui si ipotizza l'esistenza di Materia Oscura, invece, le variazioni di questi parametri hanno un effetto notevole. Questo non vuol dire che le simulazioni MOND fossero corrette su tutti i punti.
Ad esempio, le simulazioni si basavano su alcune ipotesi piuttosto semplici sulla distribuzione della materia e sulle condizioni presenti durante l'Universo primordiale. 'La nostra simulazione è solo un primo passo', ha sottolineato il prof. Kroupa. “Ora dobbiamo ripetere i calcoli e includere fattori di influenza più complessi. Poi vedremo se la teoria MOND spiega effettivamente la realtà”.
Invariabilmente, quando si tratta della dinamica e del comportamento dell'Universo su scale più grandi e periodi di tempo più lunghi, la giuria è ancora fuori. Sebbene l'esistenza della materia oscura rimanga non dimostrata, è l'unica teoria cosmologica coerente con la relatività generale, una teoria infinitamente provata e l'unica ipotesi di lavoro su come si comporta la gravità su scale cosmologiche.
La linea temporale del Big Bang dell'Universo. I neutrini cosmici influenzano il CMB nel momento in cui è stato emesso e la fisica si occupa del resto della loro evoluzione fino ad oggi. Credito: NASA/JPL-Caltech/A. Kashlinsky (GSFC)
E mentre MOND fornisce alcune soluzioni ai problemi teorici presentati da Dark Matter, presenta problemi propri. Nel prossimo futuro, un certo numero di osservatori di prossima generazione che potrebbero aiutare a risolvere questo mistero andranno nello spazio, incluso il Telescopio spaziale James Webb (JWST) e gli ESA Euclide missione.
Queste e altre missioni offriranno un quadro migliore della geometria dell'Universo e misurazioni migliori dell'espansione cosmica. Da questo, gli scienziati sperano di ottenere una migliore comprensione di come la Materia Oscura possa aver influenzato l'evoluzione cosmica, per non parlare del Energia oscura , un altro mistero cosmologico che è anche il oggetto di dibattito !
Ulteriori letture: Università di Bonn , arXiv