MATERIA OSCURA

La materia oscura è una forma di materia invisibile ai telescopi, che non emette radiazione elettromagnetica e la cui (presunta) esistenza è oggi rilevabile soltanto in modo indiretto, attraverso i suoi effetti gravitazionali. Benché ipotizzata per la prima volta già nel 1933 dall’astronomo austriaco Fritz Zwicky, la materia oscura è entrata seriamente nel dibattito scientifico solo a partire dagli anni settanta, grazie alle osservazioni della galassia di Andromeda raccolte dagli astronomi statunitensi Vera Rubin e Kent Ford: i due scienziati misurarono la velocità di rotazione delle stelle alla periferia della galassia, trovando un valore sorprendentemente alto rispetto alle previsioni della gravità di Newton. La spiegazione più plausibile dell’anomalia era ammettere l’esistenza di una forma di materia non visibile, detta appunto “oscura”, il cui contributo (sommato a quello della materia ordinaria) avrebbe spiegato la velocità misurata.

Simulazione della formazione delle strutture della materia oscura dall'universo primordiale fino ad oggi. (© SLAC National Accelerator Laboratory, Ralf Kaehler)
Rappresentazione della Curva di rotazione di una tipica galassia a spirale. La curva tratteggiata blu è la predizione della legge di gravità Newtoniana; quella verde rappresenta l’andamento delle misure sperimentali (© INFN)

All’indomani della scoperta di Rubin e Ford, l’ipotesi della materia oscura è diventata via via sempre più popolare nella comunità scientifica, anche grazie ad altre evidenze indirette che vanno oltre il solo problema della velocità di rotazione delle galassie. Oggi l’abbondanza attesa della materia oscura è nota con precisione: sarebbe pari a circa l’85% della massa complessiva dell’universo e al 27% del bilancio massa-energia.
Negli scorsi decenni i fisici teorici hanno proposto una grande quantità di modelli che tentano di spiegare la materia oscura: uno dei più popolari prevede l’esistenza delle cosiddette WIMP (weakly interacting massive particles), particelle ipotetiche relativamente pesanti e debolmente interagenti che, per diverse ragioni, avrebbero caratteristiche quasi perfette per costituire la materia oscura.

Parallelamente, sono stati realizzati numerosi esperimenti via via più complessi e sensibili dedicati alla ricerca delle WIMP e di altri candidati di materia oscura: alcuni tra i più importanti a livello mondiale, come DAMA e XENON, sono ospitati ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN.
A oggi non sono state raccolte evidenze dell’osservazione di WIMP o di altre possibili particelle di materia oscura: se da un lato la comunità intende proseguire gli sforzi sperimentali con esperimenti ancora più sensibili, dall’altro si stanno iniziando a considerare più seriamente anche ipotesi alternative alla materia oscura.

Esperimento Xenon presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso (© INFN)