La mappa della materia oscura

Si tratta di uno dei tanti misteri irrisolti che la scienza contemporanea sta indagando e per cui sta cercando una spiegazione. Una frazione rilevante della materia che compone il nostro universo ci è completamente oscura, non sappiamo di che cosa sia costituita e come interagisce con la materia ordinaria. Al momento si ipotizza che solo il 4% della materia che compone il nostro universo sia visibile, ovvero materia ordinaria, il resto è diviso tra materia ed energia oscura.

La domanda sorge spontanea: come facciamo allora a sapere che esiste? Non riusciamo a vedere la materia oscura, ma possiamo vedere i suoi effetti, in particolare la sua influenza sulla forza di gravità che è l'unica delle 4 interazioni fondamentali ad agire su lungo raggio e sulla materia neutra. In particolare si hanno evidenze dell'esistenza di massa mancante nella misura della velocità delle galassie e negli effetti di lensing gravitazionale. Parliamo di materia oscura e di lenti gravitazionale grazie a questa immagine che è stata rilasciata dalla collaborazione CFHTLens, dove C sta per Canada, F per France, H per Hawaii e T per telescopio; Lens si riferisce proprio al fenomeno delle lenti gravitazionali che di cui andremo a parlare.

Come funziona una lente?

Partiamo dalle cose facili e ripetiamo insieme come funziona una lente, una di quelle normali lenti di ingrandimento che magari abbiamo anche in casa. Questa è un elemento ottico in grado di deviare il percorso della luce facendola convergere o divergere a seconda del tipo di lente. Questa curvatura è dovuta ad un fenomeno fisico noto come rifrazione. Maggiore l'indice di rifrazione del materiale di cui è costituita la lente rispetto al mezzo esterno (di solito aria), maggiore sarà la curvatura della luce.

Esiste anche un altro fenomeno in grado di piegare la traiettoria della luce ed è una conseguenza diretta della relatività generale di Einstein. Il campo gravitazionale prodotto dalla massa di un oggetto è in grado di piegare la traiettoria di un raggio di luce che gli passa vicino. Maggiore la massa, maggiore la curvatura. Il fenomeno è vero su qualunque scala, ma perché sia evidente, la massa dell'oggetto deve essere particolarmente grande, come quella dei corpi celesti. Riassumendo, possiamo dire che le lenti gravitazionali sono delle deformazioni dello spazio-tempo che si curva in prossimità dei corpi celesti. Per capirci ancora meglio provate a dare uno sguardo al diagramma qui a lato; la luce che proviene da una galassia molto lontana e che passa attraverso un cluster di galassie subisce una deviazione che ci fa apparire deformata l'immagine della galassia di provenienza.

Usare una lente per vedere la materia oscura

Torniamo al problema iniziale. Della materia oscura non sappiamo nulla o quasi. Ipotizziamo che esiste e che è soggetta all'interazione gravitazionale. Se è così anche la materia oscura, che è molto più abbondante di quella visibile è in grado di produrre delle lenti gravitazionali e quindi distorcere la luce delle galassie lontane. Questo è stato esattamente lo scopo dell'esperimento CFHTLens, osservare quattro regioni del cielo e fare una stima della quantità di materia oscura presente nei vari punti in base alla deformazione della luce che arriva sulla terra emessa dalle galassie.

Da oggi, la materia oscura non è poi più così oscura!