Un’immagine “Impossibile” rivela finalmente la materia oscura dell’Universo

La croce di Einstein

Un rompicapo cosmico chiamato “Croce di Einstein”

Per dirla in parole semplici, una Croce di Einstein è un effetto ottico su scala galattica. Previsto dalla Teoria della Relatività Generale di Einstein, si verifica quando la luce di un oggetto molto distante (come una galassia) viene deviata e “sdoppiata” dal campo gravitazionale di un oggetto massiccio posto esattamente tra noi e la sorgente luminosa. Quest’ultimo agisce come una gigantesca lente, una “lente gravitazionale”, creando quattro immagini distinte dell’oggetto lontano, disposte a forma di croce attorno all’oggetto-lente.

Il processo, in sintesi, funziona così:

• Fonte di luce: Una galassia lontana, chiamata HerS-3.
• La lente: Un gruppo di galassie più vicine a noi.
• L’effetto: La gravità delle galassie intermedie curva la luce di HerS-3.
• Il risultato atteso: Noi, sulla Terra, dovremmo vedere quattro immagini di HerS-3.

Effetto lente gravitazionale, da Space.com

Quindi noi, a causa di questo effetto gravitazionale dovremmo vedere ben quattro immagini della galassia HerS-3. Tutto chiaro e lineare. Se non fosse che, in questo caso, le immagini erano cinque. Lo si può vedere qui:

“Che diavolo é questa roba?”

La prima reazione di Pierre Cox, astronomo francese e autore principale dello studio, di fronte ai dati del radiotelescopio NOEMA sulle Alpi francesi, è stata di pura incredulità. “Sembrava una croce, ma c’era questa immagine al centro”, ha raccontato. “Sapevo di non aver mai visto nulla del genere prima”. Tra l’altro una cosa che non dovrebbe esistere.

Inizialmente, il team ha pensato a un’anomalia, un glitch nei dati. “Abbiamo provato a liberarcene”, ha ammesso Cox. Ma l’immagine fantasma, quella quinta, inspiegabile immagine al centro della croce, non voleva andarsene. Era reale.

A quel punto, la palla è passata ai teorici, tra cui Charles Keeton della Rutgers University. “Non dovrebbe accadere”, ha commentato Keeton. “Non puoi ottenere una quinta immagine al centro, a meno che non ci sia qualcosa di insolito nella massa che sta piegando la luce”.

La prova del nove: il ruolo della materia oscura

Qui la storia si fa interessante. Il team ha iniziato a creare modelli computerizzati per simulare la lente gravitazionale. Hanno provato ogni configurazione possibile utilizzando solo la massa delle galassie visibili che fungevano da lente. Risultato? Nessun modello riusciva a riprodurre quel pattern a cinque immagini. La matematica e la fisica semplicemente non tornavano.

La soluzione è arrivata solo aggiungendo un ingrediente “invisibile” ma fondamentale: un enorme alone di materia oscura.

La materia oscura, come suggerisce il nome, non emette luce e non può essere vista direttamente. Costituisce circa l’85% della materia dell’universo e la sua esistenza è dedotta solo dai suoi effetti gravitazionali. Inserendo nel modello un massiccio alone di questa materia invisibile attorno alle galassie-lente, improvvisamente tutto ha iniziato a quadrare. L’immagine “impossibile” era la firma inequivocabile di una gigantesca struttura nascosta.

“È questo il potere della modellazione”, ha spiegato Keeton. “Ti aiuta a rivelare ciò che non puoi vedere”.

Un Laboratorio Naturale a Nostra Disposizione

Questa scoperta non è solo una curiosità cosmica. Il sistema si comporta come un laboratorio naturale con un doppio vantaggio:

1. Studiare l’invisibile: Offre una rara opportunità per mappare e studiare la distribuzione della materia oscura con un dettaglio senza precedenti.
2. Ingrandire il lontano: L’effetto lente ingrandisce la galassia sullo sfondo (HerS-3), permettendo agli astronomi di studiarne la struttura come non sarebbe altrimenti possibile.

Il team ha persino fatto delle previsioni verificabili: se i loro modelli sono corretti, future osservazioni dovrebbero rivelare altre caratteristiche, come gas in uscita dalla galassia. “Questa è una previsione falsificabile”, ha sottolineato Keeton. “Se guardiamo e non lo vediamo, dovremo tornare al tavolo da disegno. È così che funziona la scienza”.

Una scoperta resa possibile dalla collaborazione internazionale e dal supporto di infrastrutture scientifiche finanziate con fondi pubblici, come i telescopi ALMA in Cile e il VLA in New Mexico, un piccolo ma importante dettaglio che ci ricorda come le grandi scoperte non nascano dal nulla, ma da investimenti e visione a lungo termine.

Domande & Risposte

1) In parole povere, cos’è la materia oscura e perché è così importante? La materia oscura è una forma di materia ipotetica che non interagisce con la luce o altre forme di radiazione elettromagnetica, rendendola completamente invisibile. Sappiamo che esiste solo grazie ai suoi effetti gravitazionali sulla materia visibile, come stelle e galassie. È fondamentale perché si stima che costituisca circa l’85% di tutta la materia nell’universo. Senza di essa, le galassie non avrebbero abbastanza massa per rimanere unite e si sfalderebbero. Capire la materia oscura significa quindi capire come l’universo si è formato e come si evolverà.

2) Perché la quinta immagine della Croce di Einstein è così speciale rispetto alle altre quattro? Le quattro immagini esterne di una Croce di Einstein sono previste e ben comprese dalla teoria della relatività generale, considerando solo la massa visibile delle galassie che agiscono da lente. L’immagine centrale, la “quinta immagine”, è invece estremamente rara e sensibile alla distribuzione precisa della massa nel cuore della lente. La sua esistenza e la sua luminosità in questo caso specifico non potevano essere spiegate dalla sola materia visibile, costringendo gli scienziati a includere un denso alone di materia oscura nei loro calcoli. È una prova quasi diretta di questa componente invisibile.

3) Questa scoperta avrà applicazioni pratiche nella nostra vita di tutti i giorni? Direttamente, no. Non useremo la materia oscura per costruire smartphone migliori domani. Tuttavia, la ricerca di base come questa è il motore del progresso scientifico a lungo termine. Comprendere le leggi fondamentali dell’universo, la gravità e la composizione del cosmo ha storicamente portato a rivoluzioni tecnologiche inaspettate. La Teoria della Relatività di Einstein, per esempio, è oggi essenziale per il funzionamento del GPS. Studiare questi fenomeni estremi spinge la nostra tecnologia e la nostra comprensione ai limiti, con benefici futuri che oggi non possiamo nemmeno immaginare.