Dark flow

C’e’ una forza ignota lassù nell’Universo, oltre le stelle che risucchia le galassie.
E non è un buco nero.

Spiegati meglio – mi chiede un po’ preoccupato il mio cane.

E’ come se le galassie del nostro universo visibile stessero viaggiando, come un branco di pesci, in una singola direzione risucchiate da una forza oscura.

Un’altra forza oscura? – mi domanda Bleff.

Non proprio una forza, caro mio. L’hanno ribattezzata “dark flow” ed e’ un “flusso oscuro” che risucchia centinaia di galassie verso i confini dell’universo, a una velocità così elevata, quasi 900 km al secondo, che non può essere spiegata con nessuno dei fenomeni già noti.

E chi l’avrebbe scoperta?

A dire il vero è stata scoperta già nel 2008, ma solo ora sta ottenendo l’attenzione che merita con le nuove analisi sull’effetto della cosiddetta contaminazione dei fotoni da parte delle polveri e particelle nello spazio.
Lo ha scoperto un gruppo di ricercatori guidati da Alexander Kashlinsky, del Goddard space flight center della Nasa di Greenbelt (Usa). A una prima analisi,  all’origine del potente flusso di materia sembra esserci una forma di energia ancora sconosciuta che permea il cosmo.

Mi vuoi dire che questa forza o flusso non è nel nostro universo? – vedo il mio cane sempre più sbigottito.

Effettivamente il problema potrebbe essere espresso in questi termini. Il fenomeno potrebbe anche essere provocato da qualcosa che sta proprio al di là dell’universo osservabile, quello che i nostri telescopi ci permettono di studiare. Un oggetto gigantesco, misterioso e invisibile, capace di attrarre verso di sé miriadi di stelle, con una forza di gravità straordinaria.

E come è avvenuta questa scoperta ?

La scoperta – caro amico di scienza – è avvenuta quando il ricercatore Kashlinsky e il suo gruppo hanno concentrato l’attenzione su una delle più grandi strutture del cosmo un enorme grappolo composto da circa 700 galassie, che si trova a 6 miliardi di anni luce dalla Terra, ossia a circa metà strada fra noi e i limiti dell’universo osservabile.

E cosa hanno osservato?

All’interno di questo ammasso c’è un gas caldissimo che emette raggi X. E proprio analizzando come i raggi X interagiscono con i fotoni della radiazione di fondo, ossia la radiazione che permea l’universo il rimasuglio dell’energia messa in gioco durante il Big Bang, è stato possibile identificare il movimento dell’ammasso.

I raggi X, infatti, (mi sono documentato),  modificano il moto dei fotoni della radiazione di fondo, facendo variare la sua temperatura. Il fenomeno è noto come ‘effetto cinematico Sunyaev-Zel’dovich’, che Kashlinsky ha potuto osservare. Perciò ha dedotto che il grappolo di galassie si sta muovendo a quasi 3,2 milioni di km all’ora, verso una regione del cielo che si trova tra le costellazioni del Centauro e della Vela.

E cosa ci vedi di strano in questa migrazione di stelle?

C’è di strano che questo movimento è incompatibile con quello dell’espansione del resto dell’universo, e quindi deve essere provocato da una forza diversa da quella che, derivata dal Big Bang, ancora oggi spinge il cosmo ad allargare i suoi confini.

Gli astronomi escludono che la causa di questo fenomeno sia la materia oscura o l’energia oscura: la materia oscura non può essere la causa del flusso perché in corrispondenza del flusso non è stata dedotta la presenza di materia oscura; non può essere neanche l’energia oscura perché ci si aspetta che essa sia distribuita in modo uniforme nell’universo e non può spiegare quindi lo spostamento a grandi velocità solo di alcune galassie.

Quindi al momento possiamo solo dire che la materia e l’energia dell’universo osservabile non possono produrre il flusso che misuriamo. Per questo gli astronomi hanno ipotizzato che all’origine del movimento ci sia una forza ancora sconosciuta. Oppure che il dark flow sia il risultato di un’attrazione esercitata da un oggetto che si trova a più di 13 miliardi e 700 milioni di anni luce da noi. Ovvero, nella porzione di universo che i nostri telescopi non possono raggiungere.

Questo è sbalorditivo e sconvolgente. Questo nuovo concetto sfida i modelli cosmologici basati sull’assunto che l’Universo sia più o meno simile ovunque, e che le galassie, attratte dalla gravità delle loro vicine, si spostassero in modo relativamente casuale. – commenta il mio cane, che non è un tipo da discussioni da salotto o da intrattenimento.

Proprio così. Ma sulla natura di questo ‘mostro’ possiamo fare soltanto ipotesi. Né, in futuro, possiamo sperare di inventare telescopi abbastanza potenti da permetterci di sbirciare al di là dei confini dell’universo osservabile. Questo limite, infatti, è intrinseco alla natura del cosmo, e dipende da come l’universo si è formato.

Allora quale sarebbe la ipotesi più plausibile di questo fenomeno?

Seguimi con attenzione.
Immediatamente dopo il Big Bang, avvenuto appunto 13 miliardi e 700 milioni di anni fa, ci fu una rapidissima espansione, quella che gli astronomi chiamano “inflazione”, che, nell’arco di miliardesimi di miliardesimi di miliardesimi di secondo fece passare l’universo dalle dimensioni di un atomo a quelle di un’arancia.

Poiché l’inflazione avvenne a una velocità superiore a quella della luce, la radiazione luminosa non riuscì a tenere il passo con essa. Si creò quindi uno scarto fra la porzione di universo raggiunta dalla luce e il cosmo nella sua totalità. E con l’espansione successiva, tuttora in corso, lo scarto si e’ mantenuto. Nessuno strumento e’ in grado di vedere che cosa c’e’ al di là della porzione raggiunta dalla luce, ma si stima che oltre quel confine ci siano ancora miliardi di anni luce di universo ‘non osservabile’.

Questo è semplicemente sconcertante – osserva il mio cane che ora drizza tutte e due le orecchie.

Il ‘mostro’ che genera il dark flow si trova proprio lì, al di là dell’universo visibile.
Nonostante sia piu’ facile ipotizzare che l’energia che spinge il flusso di materia osservato da Kashlinsky provenga da qualcosa che sta oltre l’universo osservabile, non si puo’ comunque escludere del tutto che forme di energia ancora sconosciute siano presenti nella porzione di cosmo che gli astronomi possono studiare.
Anche perché questa anomalia non e’ unica nel suo genere. Mike Hudson, cosmologo dell’Università’ di Waterloo in Ontario (Canada), ha scoperto infatti, che a qualche milione di anni luce dalla Terra, esiste una porzione di universo che si muove almeno una volta e mezzo più velocemente del resto.

Eppure deve esserci una spiegazione – osserva il mio cane.

Non c’e’ nulla al momento che dia una spiegazione a questa espansione disomogenea dell’universo. E per trovare una risposta, potrebbe anche essere necessario rivedere le nostre teorie sulla nascita del cosmo e su come questo si e’ evoluto.

Ma e’ davvero necessario ipotizzare l’esistenza di una nuova forza per spiegare il dark flow? Le conoscenze che gia’ abbiamo sono davvero insufficienti? I primi a porsi queste domande sono stati proprio gli astronomi. E in cima alla lista dei sospettati “sono finiti inizialmente -chiede il mio cane – altri due fenomeni che di per se’ sono gia’ un enigma la materia oscura e l’energia oscura.

L’esistenza della materia oscura – rispondo – che non può essere osservata direttamente dagli strumenti di cui disponiamo, e’ stata ipotizzata per spiegare i movimenti di alcune stelle. In base ai calcoli effettuati, infatti, questi movimenti sono influenzati da una forza di gravita’ maggiore rispetto a quella generata dalla materia visibile che gli sta intorno. Gli astronomi hanno così concluso che nello spazio deve esistere anche un’altra forma di materia, ‘invisibile’ e capace di generare una gravità sufficiente a dare conto di questi fenomeni.

Se ho capito – mi ripete il mio cane – solo la presenza di questa materia oscura non può spiegare perché la maggior parte delle galassie si mantengono integre. Le stelle e gli astri di cui sono composte, infatti, non basterebbero a generare la forza di gravità necessaria a tenere sulle loro traiettorie le stelle piu’ esterne, senza farle scappare via”.

Oservazione molto acuta, bravo Bleff. Secondo le ipotesi più accreditate – aggiungo io – la maggior parte della materia oscura e’ costituita da particelle che non emettono radiazioni, per questo motivo gli attuali strumenti non riescono a vederle, ma che sono tuttavia soggette alla forza gravitazionale e all’interazione nucleare debole, una particolare forza della natura che si manifesta solo a livello subatomico. Queste particelle prendono il nome di Wimp (Weakly interacting massive particles, ossia particelle di grande massa debolmente interagenti) e non hanno una distribuzione uniforme nell’universo.

Ma neppure loro – continuo, mentre Bleff si riaccuccia guardandomi fisso negli occhi – bastano a spiegare la potenza del dark flow, anche perche’ in corrispondenza del flusso osservato da Kashlinsky la materia oscura non sembra neanche essere presente. L’energia oscura e’ stata scoperta studiando la velocità con cui si allontanava dalla Terra un particolare tipo di supernove, stelle di massa molto grande nella fase finale della loro vita quella dell’esplosione.

In definitiva – osserva Bleff – l’espansione dell’universo che dai risultati sta accelerando, opponendosi alla gravità, (che invece tende a farla rallentare), è dovuta a questa forza oscura, mentre il dark flow è di tutt’altra natura per quanto sarebbe fin troppo facile indicare questa energia come causa di questa “deriva” dell’universo.

Neppure l’energia oscura – rispondo al mio cane che si è ben appiattito sul tappetino – può essere la causa del dark flow. Infatti, oltre a essere di lievissima entità, i suoi effetti si possono osservare solo a grandi distanze e su lunghi periodi di tempo, e’ distribuita uniformemente nello spazio e non può quindi essere responsabile dell’accelerazione del moto degli astri osservata in regioni specifiche del cosmo. Per gli scienziati, l’enigma resta aperto.

A che punto sono le attuali ricerche? – domanda il mio cane che a questo punto di questa chiacchierata sembra dare segni di stanchezza, e non solo lui.

Sarò breve – caro molosso – Alcuni fisici ritengono che questo movimento collettivo riguarderebbe galassie relativamente vicine e non tutto l’universo visibile. E tutto ciò non sarebbe in contraddizione con i modelli cosmologici.
Il dibattito è aperto. A dire la parola fine saranno i nuovi dati sul fondo cosmico a microonde che il satellite Planck dell’ESA dovrebbe fornire tra circa un anno.
Quindi caro Bleff ne riparleremo fra un annetto.

Che fatica!

(tratto dal sito della Nasa . E per chi vuole saperne di più, clicchi qui ed anche qui, in inglese)

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