Manca una grossa fetta dell’universo.
Non si vede da nessuna parte, almeno non con tutto ciò che l’umanità è tecnologicamente in grado di catturare in questo momento. Ma gli astronomi sanno che c’è qualcosa lì: l’influenza gravitazionale di un materiale invisibile che costituisce circa l’85% della massa dell’universo. A partire da ora, la migliore spiegazione che gli scienziati hanno per questo è la materia oscura, un’ipotetica forma di materia che non assorbe, emette o riflette la luce.
Contabilità della materia oscura risolve molti fenomeni cosmologici inspiegabilie questa comodità significa che la maggior parte degli astronomi accetta prontamente l’esistenza della materia oscura. Di conseguenza, molte istituzioni di prim’ordine in tutto il mondo dedicano risorse advert esperimenti attentamente progettati e tecnologicamente straordinari per rilevare la materia oscura.
Detto questo, dobbiamo ancora trovare show inconfutabili dell’esistenza della materia oscura. Ora, vale la pena sottolineare ancora una volta che, come vedrete, le show indirette e teoriche sono ampiamente a favore della materia oscura. Ma in fisica, c’è sempre la remota possibilità che siamo completamente fuori strada, e la natura aveva altri piani su come funziona la realtà.
Quindi, in questo Giz Chiede, abbiamo chiesto agli esperti di considerare almeno la domanda: e se la materia oscura in realtà non esistesse? Cosa ci rende così sicuri che la materia oscura sia la risposta giusta? E anche se lo fosse, cosa accadrebbe se fosse fisicamente impossibile per l’umanità trovare la materia oscura? Tutto sommato, quali sono le various – per quanto “marginali” possano essere – per spiegare la massa mancante dell’universo?
Le seguenti risposte potrebbero essere state modificate e condensate per maggiore chiarezza.
Vedant Chandra
Astrofisico, Centro di Astrofisica | Harvard e Smithsonian.
Smentire l’esistenza della materia oscura è un’impresa ardua. Uno dei motivi è proprio perché si sa così poco al riguardo: i modelli plausibili abbracciano decine di ordini di grandezza di massa. Sebbene vari esperimenti abbiano fatto progressi escludendo porzioni di questo spazio parametrico, lo spazio dei candidati non testati è vasto. Dal punto di vista dell’astrofisica, alcune sostanze che si comportano come la materia oscura rimangono la spiegazione più semplice per tutte le nostre osservazioni fino advert oggi.
Se la materia oscura davvero non esiste, sono necessarie alcune modifiche sostanzialmente più complicate alla fisica per spiegare simultaneamente tutte le nostre osservazioni. Guardando al futuro, i principali modelli della materia oscura prevedono il suo raggruppamento fino a scale subgalattiche, riempiendo le galassie con una sottostruttura di materia oscura completamente invisibile. Queste strutture possono essere rilevate gravitazionalmente attraverso la lente o attraverso la loro influenza su sottili flussi stellari che orbitano attorno alla By way of Lattea. I futuri rilevamenti di questa sottostruttura oscura sarebbero l’ennesima conferma del fatto che la materia oscura opera indipendentemente da qualsiasi materia visibile.
Sabine Hossenfelder
Fisico e comunicatore scientifico, La scienza con Sabine.
Se la materia oscura non esiste, le osservazioni che hanno portato gli astrofisici a concludere che esista non scompariranno. Avremmo quindi bisogno di qualcos’altro per spiegare le osservazioni. La spiegazione alternativa attualmente più plausibile sarebbe che fraintendiamo la legge di gravità. Personalmente lo troverei più interessante, perché potrebbe essere un collegamento con la gravità quantistica e forse anche spiegare l’energia oscura.
Detto questo, la “materia oscura” è così vagamente definita che è impossibile falsificarla. Nel migliore dei casi, possiamo “non plausizzarlo” fornendo una spiegazione migliore. Al momento, però, gravità modificata è ugualmente buono o cattivo come la materia oscura; ognuno ha i suoi vantaggi e difetti. Personalmente trovo entrambe le spiegazioni insoddisfacenti. Mi piacerebbe davvero vedere questo problema affrontato dall’intelligenza artificiale.
Stacy McGaugh
Cosmologo, Case Western Reserve University; autore del weblog Stazione Tritone.
Le osservazioni astronomiche hanno stabilito oltre ogni ragionevole dubbio che esiste una discrepanza tra ciò che vediamo e ciò che otteniamo nei sistemi extragalattici: galassie, ammassi di galassie e l’universo nel suo insieme. Quando applichiamo la legge di gravità insegnataci da Newton ed Einstein alla materia che possiamo vedere in questi sistemi, non abbiamo successo: i movimenti osservati implicano più massa di quella che appare all’occhio: materia oscura.
L’esistenza dedotta della materia oscura si basa sul presupposto che Newton ed Einstein ci abbiano insegnato tutto ciò che dobbiamo sapere sulla gravità. Sembra un buon presupposto, ma è proprio questo: un presupposto. Se la materia oscura non esiste realmente, implica che ci sia qualcosa in più da imparare sulla gravità. Le discrepanze osservate potrebbero essere causate da un cambiamento nella legge della forza piuttosto che dalla massa invisibile.
Una modifica ipotizzata alla legge della forza è una teoria nota come MOND [Modified Newtonian Dynamics]. La MOND ha fatto un numero notevole di previsioni che sono state successivamente confermate dall’osservazione. Ciò non dovrebbe accadere in un universo fatto di materia oscura, lasciandoci a chiederci: la massa invisibile è nella stanza con noi adesso?
Juan I. Collare
Astrofisico, Kavli Institute for Cosmological Physics presso l’Università di Chicago.
Subito dopo che Maxwell identificò la luce come un’onda elettromagnetica viaggiante, gli sperimentali iniziarono a misurare la presenza del mezzo attraverso il quale si propaga, l’etere luminifero, o etere in breve. La distorsione verso la sua esistenza period enorme, anche se le equazioni di Maxwell forniscono una ricetta per l’autopropagazione dei campi elettrici e magnetici che non si basa mai sull’etere. Non fu trovata alcuna prova finché la teoria della relatività non fornì finalmente tranquillità, quasi due decenni dopo. Col senno di poi non c’period altra spiegazione se non il puro, non distillato pregiudizio umano, con un pizzico di mancanza di immaginazione, per la nostra ossessione per l’etere.
Le ricerche sulle particelle di materia oscura sono durate almeno il doppio della mania dell’etere, con un continuum di risultati negativi da mostrare per i nostri sforzi. Gli effetti gravitazionali di quella che chiamiamo “materia oscura” sono indiscussi. Concludere che dietro a queste c’è una nuova particella fondamentale, o che detta particella interagisce attraverso un meccanismo diverso dalla gravitazione, potrebbe essere come ripercorrere i passi ossessivo-compulsivi degli sperimentali post-Maxwell.
A meno che un nuovo Einstein non metta fantastic alle nostre sofferenze, una soluzione (compassionevole a questo punto) potrebbe arrivare dall’astrofisica osservativa. Da quel campo alla comunità sperimentale che le cercava sono state fornite zero o nessuna informazione sulla natura delle particelle di materia oscura (vincoli su massa, tipo e accoppiamento). Un’enfasi sulla fornitura di questa guida potrebbe riorientare l’attuale disordine delle ricerche per una moltitudine di possibilità di particelle in sforzi con maggiori possibilità di successo.
Kyu-Hyun Chae
Fisico, Università di SejongCorea del Sud.
Il concetto di “materia oscura” ha qualche somiglianza con i concetti storici di “epicicli” o “etere” in quanto sono conseguenze logiche di paradigmi e teorie ben consolidati. Alla fantastic, gli epicicli e l’etere furono smentiti e portarono a immense rivoluzioni scientifiche. La materia oscura è una conseguenza logica della gravità normal dovuta a Newton ed Einstein. Il paradigma della materia oscura è stato la visione predefinita per quasi un secolo da quando Fritz Zwicky e altri astronomi notarono anomalie gravitazionali in sistemi astronomici come ammassi di galassie e galassie negli anni ’30 e successivamente. Gli apparenti successi della materia oscura nello spiegare i dati astronomici possono avere alcune somiglianze con gli apparenti successi del modello geocentrico tolemaico basato sull’epiciclo nello spiegare i moti planetari osservati nel cielo.
Poiché gli epicicli alla fantastic non sono sopravvissuti a causa di show schiaccianti come l’osservazione di Galileo delle fasi di Venere, è probabile che le show astronomiche alla fantastic diranno se la materia oscura è un altro epiciclo/etere o una vera entità fisica. Tali show schiaccianti possono provenire da osservazioni che mostrano discrepanze dirette con la gravità normal. Articoli scientifici presentando questa prova sono già in pubblicazione negli ultimi anni. In particolare, osservazioni dettagliate della dinamica interna delle stelle binarie larghe e delle curve di rotazione galattica forniranno show decisive nei prossimi anni. Penso che una nuova rivoluzione scientifica sia (probabilmente sarà) in corso e sarà accolta con favore da molti scienziati. Forse è ironico che la storia continui a dimostrare che le rivoluzioni scientifiche avvengono a scapito di teorie fisiche apparentemente perfette. Questo è un momento emozionante per la gravità e la cosmologia!
Don Lincoln
Scienziato senior, Fermilab; comunicatore scientifico.
Il dibattito sulla questione se la materia oscura o la fisica modificata sia la risposta ai misteri cosmici come le galassie in rapida rotazione è interessante e vivace, rendendolo un argomento affascinante per i fisici. Per anni mi sono orientato nella direzione della “fisica modificata”; tuttavia, due osservazioni mi hanno collocato saldamente nel campo della materia oscura. Il Bullet Cluster favorisce fermamente l’ipotesi della materia oscura, così come l’osservazione delle galassie extremely diffuse nel gruppo NGC-1052. Queste galassie, chiamate DF2 e DF4, sembrano essere governate dalle leggi della fisica attualmente accettate. In un momento di ironia cosmica, l’esistenza di galassie che sembrano non contenere materia oscura è una prova evidente dell’esistenza della materia oscura. Se la fisica modificata fosse la risposta alla domanda, non ci sarebbero galassie che ruotano come previsto dalle leggi di Newton.
Supponendo che la materia oscura particellare sia reale, la domanda diventa “qual è la sua natura?” La risposta è sfuggente. Sono stati ipotizzati candidati sensibili alla materia oscura con masse che vanno da 10 a 11 volte la massa di un elettrone fino alla massa di un asteroide di medie dimensioni. Gli esperimenti hanno escluso classi di possibili candidati alla materia oscura con proprietà specifiche nell’intervallo da 1 a 1000 volte la massa di un protone, sebbene molti possibili candidati rimangano praticabili. Il fatto che riusciremo mai a rilevare direttamente le particelle di materia oscura dipende in modo cruciale da come interagiscono. Se si scoprisse che interagiscono solo gravitazionalmente, potremmo non rilevarli mai. Se mai sperassimo di conoscere la risposta, l’unica strada da percorrere è continuare a cercare la materia oscura nel maggior numero di modi creativi possibile. Si spera che un fortunato gruppo di ricercatori faccia l’osservazione che risponde a questa domanda molto affascinante.
Indranil Banik
Astrofisico, Università di Portsmouth.
Naturalmente non tutti gli astronomi sono contenti della materia oscura. Per accontentarci solo della massa visibile, dobbiamo mettere in relazione la loro materia visibile con la gravità osservata, dedotta dalla velocità con cui ruotano le galassie. Ho creduto in MOND per un periodo di dieci anni, durante i quali ho lavorato per testare MOND in vari modi. Conducendo un’analisi dettagliata delle osservazioni di Gaia di migliaia di ampie binarie nelle vicinanze del Sole, sono stato in grado di confutare definitivamente la previsione MOND.
Tutto questo anche prima di considerare le show della cosmologia che suggeriscono anche che hai bisogno della materia oscura. Recentemente ho pubblicato a carta sulla formazione delle galassie senza materia oscura, che nel quadro normal deve fungere da seme intorno alla quale si forma la galassia. Sia che si considerino i pianeti esterni del Sistema Solare come Saturno, le ampie stelle binarie nelle vicinanze del Sole, o il fatto che le galassie si siano formate abbastanza rapidamente dopo il Large Bang, le osservazioni sono molto meglio spiegate utilizzando la gravità normal combinata con la materia oscura. Non sono arrivato a questa conclusione rimanendo nella mia zona di consolation, dal momento che ho creduto nella MOND per un decennio e in quel periodo ho pubblicato molti articoli e una lunga recensione di 150 pagine a suo favore. Tuttavia ora credo che se c’è qualcosa che non va nella nostra teoria della gravità, l’imprecisione è molto piccola finché non si arriva a distanze di almeno 100 milioni di anni luce. Su scale ancora più ampie, ci sono ragioni per pensare che le nostre teorie non funzionino bene. Tuttavia, le modifiche alla gravità su queste scale non possono sostituire la necessità di materia oscura.
Pertanto, la mia risposta alla domanda qui posta è che se la materia oscura in realtà non esiste, allora si può dare ben poco senso all’Universo anche se si è disposti a modificare la gravità, poiché c’è pochissima flessibilità su come si potrebbe sperare di farlo in un universo con solo materia visibile. In breve, credo che la materia oscura esista e sia la componente principale delle galassie e di strutture più grandi come gli ammassi di galassie.
