La materia oscura e l’energia oscura, che costituiscono la maggior parte dell’universo, sono forze elusive che modellano la struttura cosmica e l’espansione. Scienziati di tutto il mondo, tra cui quelli del Laboratorio Nazionale di Argonne, stanno utilizzando tecnologie avanzate per svelare questi misteri.
C’è qualcosa di strano nell’universo. Influenze misteriose sembrano allontanare l’universo e raggruppare la materia in modi inaspettati, ma non possiamo vederle o toccarle. Gli scienziati chiamano queste influenze energia oscura e materia oscura.
Gli esseri umani hanno studiato il cielo per migliaia di anni e nel secolo scorso gli scienziati hanno iniziato a capire come l’universo si muove e cambia sotto l’influenza di una forza chiamata gravità. La gravità influisce su tutto, compresa non solo la materia, ma anche la luce. È ciò che attira i nostri corpi verso la Terra e funziona anche sulle vaste distanze tra stelle e galassie.
La gravità svolge un ruolo cruciale nel modo in cui si formano e si muovono le galassie. Man mano che gli scienziati imparano di più sull’universo, scoprono che gran parte del comportamento delle galassie non avrebbe senso a meno che non ci fosse una grande quantità di materia invisibile presente, molto più di quella che abbiamo ancora da scoprire. Questa materia invisibile, o oscura, esercita una forza gravitazionale extra. Se non esistesse, alcune galassie si disperderebbero e alcune non si sarebbero formate affatto.
La chiamiamo “oscura” perché non possiamo vederla. A differenza della materia visibile, non sembra emettere o assorbire luce o interagire con altra materia se non attraverso la gravità. Sappiamo dove dovrebbe essere, ma non c’è nulla quando guardiamo. È come vedere increspature in uno stagno, ma non essere in grado di vedere cosa le ha causate.
Nel frattempo, qualcos’altro sta spingendo l’universo ad espandersi sempre più velocemente. L’universo, per quanto ne sappiamo, si sta espandendo da quando è iniziato 13,8 miliardi di anni fa. Lo spazio tra gli oggetti è in continua crescita, come se lo spazio stesso venisse allungato come la superficie di un palloncino mentre viene gonfiato. Gli scienziati si aspettavano che la velocità di questa espansione rallentasse nel tempo, ma invece hanno scoperto il contrario. Circa cinque miliardi di anni fa, l’espansione dell’universo ha iniziato ad accelerare. Non sappiamo cosa stia causando questa espansione accelerata, ma l’abbiamo chiamata energia oscura.
Da quello che gli scienziati possono dire, la materia visibile costituisce solo il 5% dell’universo. Si ritiene che la materia oscura e l’energia oscura costituiscano rispettivamente il 27% e il 68%. In altre parole, ciò che conosciamo bene, la materia visibile, non basta nemmeno a spiegare la natura della stragrande maggioranza dell’universo.
Quindi, come stanno cercando di risolvere questo mistero gli scienziati? Cosa sono la materia oscura e l’energia oscura?
Per scoprirlo, abbiamo bisogno di dati, e molti. Per raccogliere questi dati, gli scienziati costruiscono telescopi e fotocamere giganti. Questi includono i telescopi spaziali Hubble e James Webb nello spazio esterno; il telescopio del Polo Sud in Antartide; lo strumento spettroscopico per l’energia oscura in Arizona; e il Dark Energy Survey e il prossimo osservatorio Vera C. Rubin in Cile.
Questi strumenti sensibili esaminano il cielo per rivelare la posizione e il movimento delle galassie nell’universo nel tempo. I supercomputer aiutano gli scienziati a eseguire simulazioni dettagliate dell’universo e ad analizzare i dati dai telescopi. Oltre a guardare il cielo in cerca di risposte, gli scienziati stanno anche costruendo rilevatori sensibili per cercare direttamente la materia oscura sulla Terra.
I ricercatori del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti presso il Laboratorio Nazionale di Argonne contribuiscono allo studio della materia oscura e dell’energia oscura attraverso la partecipazione a queste grandi indagini cosmologiche, esperimenti di fisica delle particelle e utilizzando calcoli e simulazioni avanzate. Le informazioni provenienti da queste indagini e simulazioni aiutano gli scienziati a creare mappe di dove esiste la materia oscura e forniscono indizi sulla natura dell’energia oscura.
Man mano che i nostri telescopi, supercomputer e altri strumenti diventano più sofisticati, troviamo sempre più prove che ci stiamo perdendo qualcosa di grande e gli scienziati stanno lavorando per capire cosa possa essere. Il lavoro degli scienziati di Argonne sta avvicinando il mondo a svelare questi misteri cosmici.