Il lato “oscuro” dell’Universo: cosa sappiamo della misteriosa e sconosciuta energia oscura?

È curioso come la Natura abbia dato accesso all'Uomo solamente a una piccolissima fetta dell’Universo. Volendo ricorrere alla metafora di una torta (cosmica), su un totale di 25 fette, l’uomo riesce a vederne solo una, le rimanenti 24 fette per ora sono mistero!

Lo spettro elettromagnetico

La luce che giunge a noi dai corpi più vicini del sistema solare come anche dagli oggetti più distanti dell’Universo è il principale messaggero di informazioni di cui possiamo disporre.

È proprio la luce proveniente dalla Luna, ad esempio, che ci rivela le caratteristiche della sua superficie, con catene montuose e crateri da impatto, quella che proviene da Giove che ci rivela la sua atmosfera a bande colorate, quella che viene dal profondo universo che ci rivela l’esistenza di ammassi di galassie e di come lo stesso universo si stia espandendo.

Tuttavia, la luce che i nostri occhi riescono a percepire è solo una piccolissima parte di quello che viene chiamato spettro elettromagnetico. In parole semplici, esistono onde luminose molto meno o molto più energetiche delle onde visibili, che sono assolutamente invisibili all’occhio umano.

Esistono onde radio e onde infrarosse, ad esempio, con energie molto più piccole delle onde visibili, come anche esistono raggi X e gamma con energie di gran lunga superiori. Numerosissimi oggetti e fenomeni astronomici, anziché emettere onde luminose, oppure oltre a emettere onde luminose, emettono onde radio o raggi X.

Per “leggere” l’informazione trasportata da queste onde non visibili sono stati costruiti rivelatori appositi che permettono di ottenere immagini radio o immagini X di questi oggetti e fenomeni astronomici.

Il Sole, ad esempio, emette principalmente luce visibile ma anche onde radio e X. Queste, invisibili all’occhio, vengono rivelate con i radio telescopi o con i satelliti dotati di rivelatori specifici per la radiazione X.

Tuttavia, ciò che dell’Universo emette radiazione elettromagnetica è solo il 4%!! Quindi le onde sia quelle visibili che quelle invisibili all'occhio ci permettono di esplorare solo una minima parte dell'Universo.

Il lato "oscuro"

La materia, così come la conosciamo, cioè costituita di atomi, rappresenta solo una fettina delle 25 fette della torta cosmica.

Sappiamo, ma solo questo, che il rimanente 96% dell’Universo è costituito da un tipo di materia e da un tipo di energia completamente sconosciuti (da qui l’aggettivo “oscuro”). L'esistenza di questa materia ed energia, che non riusciamo a osservare in modo diretto, è stata dedotta da evidenze di tipo indiretto.

Evidenza indiretta per la materia oscura

Sappiamo che il moto dei corpi celesti è legato alla loro massa. Grazie alle leggi di Keplero e alla legge di Gravitazione Universale dal moto possiamo dedurre la massa o conoscendo la massa possiamo descrivere il moto.

Ciò che gli astronomi hanno osservato è che su grande scala il moto delle galassie e degli ammassi di galassie, per essere giustificato dalle leggi note della fisica, richiede la presenza di una massa di gran lunga superiore a quella osservata. Non essendo visibile questa massa è stata chiamata "oscura" dall'astronomo Fritz Zwicky nel 1933.

A più riprese si era creduto di aver individuato questa materia oscura nelle nane brune, nelle nubi molecolari di gas, nei neutrini, nei buchi neri. Si tratta di componenti note dell'universo ma difficilmente rivelabili a motivo della loro poca (o nulla nel caso dei buchi neri) luminosità.

Tuttavia, tutte queste componenti messe insieme alla fine giustificavano solo pochi centesimi di percento della materia oscura. Tornando alla metafora, si tratta di poche briciole a fronte delle 24 fette mancanti.

Evidenza indiretta per l'energia oscura

Se la materia oscura in qualche modo è soggetta alla forza di gravità e quindi ha un effetto aggregante per le strutture presenti nell'Universo, il fatto che l'universo sia in espansione accelerata ha fatto ipotizzare che esista una componente il cui effetto sia opposto, cioè respingente, quindi una forma di energia.

Non essendo classificabile in nessuna delle forme note di energia è stata chiamata energia oscura.

Ricordando che massa ed energia sono due forme diverse della stessa cosa, si è quantificato che la somma di energia e massa oscure ammontino al 96%.
La ricerca di materia ed energia oscura rappresenta una delle più stimolanti sfide della fisica e dell'astrofisica moderne. Numerosi sono stati e sono i progetti dedicati a questo studio, come Plank ed Euclid dell'ESA.