La roba dell'universo allora e ora HowStuffWorks.com Immagina di voler determinare la massa di una casa e il suo contenuto. Prendi la casa e la metti su una scala gigante. Diciamo, per amor di discussione, si misura la massa per essere 100, 000 sterline (45, 359 chilogrammi). Ora immagina di voler vedere quanto ogni oggetto della casa contribuisce alla massa totale. Rimuovi un oggetto alla volta e lo metti sulla bilancia. Elimini anche tutta l'aria per ottenere una misura della sua massa. Ora diciamo la massa dei singoli oggetti, compreso il pavimento, pareti e tetto della casa, aggiunge fino a 5, 000 sterline (2, 268 chilogrammi). Cosa pensereste? Come spiegheresti la discrepanza nelle masse? Concluderesti che ci deve essere del materiale invisibile nella casa che rende la struttura più pesante?
Negli ultimi 40 anni, questo è esattamente il dilemma che gli astronomi hanno dovuto affrontare mentre cercavano di determinare gli elementi costitutivi dell'universo. Prima di allora, pensavano che l'universo contenesse materia normale -- la roba che puoi vedere. Scansiona il cosmo, e questo genere di cose sembra ovvio. Ci sono miliardi di galassie, ciascuno pieno di miliardi di stelle. Intorno ad alcune di quelle stelle, i pianeti e le loro lune tracciano orbite ellittiche. E tra quelle grandi, corpi sferici giacciono oggetti di forma irregolare, di dimensioni variabili da enormi asteroidi a meteoroidi delle dimensioni di una roccia a minuscole particelle non più grandi di un granello di polvere. Gli astronomi classificano tutte queste cose come materia barionica , e loro (e noi) conosciamo la sua unità più fondamentale come il atomo , che a sua volta è composto da particelle subatomiche ancora più piccole, come i protoni, neutroni ed elettroni. (Per semplicità, lasceremo fuori i leptoni e i quark.)
A partire dagli anni '70, gli astronomi hanno iniziato a raccogliere prove che li hanno fatti sospettare che ci fosse più nell'universo di quanto sembri. Uno dei maggiori indizi è arrivato quando gli scienziati hanno cercato di determinare le masse delle galassie. Lo hanno fatto misurando l'accelerazione delle nuvole in orbita sui bordi esterni di una galassia, che ha permesso loro di calcolare la massa richiesta per provocare quell'accelerazione. Quello che hanno scoperto è stato sorprendente:la massa dietro l'accelerazione orbitale delle nuvole di una galassia era cinque volte più grande della massa delle cose che si potevano vedere - stelle e gas - sparse in tutta la galassia. Conclusero che doveva esserci del materiale invisibile che circondava una galassia e la teneva insieme. Hanno chiamato questo materiale materia oscura , prendendo in prestito un termine usato per la prima volta dall'astronomo svizzero Fritz Zwicky negli anni '30.
Venti anni dopo, gli scienziati hanno notato che supernova di tipo Ia -- stelle morenti che hanno tutte la stessa luminosità intrinseca -- erano più lontane dalla nostra galassia di quanto avrebbero dovuto essere. Per spiegare questa osservazione, hanno suggerito che l'espansione dell'universo sta effettivamente accelerando, o accelerando. Questo era sconcertante, perché la gravità inerente alla materia oscura avrebbe dovuto essere abbastanza forte da impedire una tale espansione. Era qualche altro materiale, qualcosa con un effetto antigravità, causando la rapida espansione dell'universo? Gli astronomi credevano di sì, e hanno chiamato questo materiale energia oscura .
Per un decennio, cosmologi e fisici teorici hanno discusso dell'esistenza della materia oscura e dell'energia oscura. Quindi, nel giugno 2001, La NASA ha lanciato il Sonda per anisotropia a microonde Wilkinson , o WMAP . Gli strumenti su questo velivolo hanno scattato l'immagine più dettagliata di sempre del fondo cosmico a microonde:la radiazione persistente lasciata dal Big Bang. Ciò ha permesso agli astronomi di misurare, con grande precisione, la densità e la composizione dell'universo. Ecco cosa ha determinato WMAP:la materia barionica costituisce un misero 4,6% dell'universo. La materia oscura rappresenta solo il 23 percento. E l'energia oscura fa il resto:un enorme 72 percento [fonte:NASA / WMAP]!
Certo, misurare le proporzioni relative dei mattoni dell'universo è solo l'inizio. Ora gli scienziati sperano di identificare probabili candidati per la materia oscura. Considerano le nane brune come un candidato plausibile. Questi oggetti simili a stelle non sono luminosi, ma la loro intensa gravità, che colpisce gli oggetti vicini, fornisce indizi sulla loro esistenza e posizione. I buchi neri supermassicci potrebbero anche spiegare la materia oscura nell'universo. Gli astronomi ipotizzano che queste doline cosmiche possano alimentare a distanza quasar e potrebbe essere molto più abbondante di quanto mai immaginato. Finalmente, la materia oscura potrebbe consistere in un tipo di particella non ancora descritta. Questi minuscoli frammenti di materia potrebbero esistere da qualche parte nelle profondità di un atomo e potrebbero essere identificati in uno dei super-collider del mondo, come il Large Hadron Collider.
Risolvere questo mistero rimane una delle massime priorità della scienza. Fino a quando non arriva quella soluzione, dobbiamo vivere con l'idea umiliante che la casa che abbiamo cercato di pesare per anni sia più pesante di quanto ci aspettassimo e, più preoccupante, oltre la nostra comprensione.
