Corriere La Lettura 9.9.18
Astrofisica Non esiste soltanto un’entità misteriosa della quale vanno compresi i segreti. Ce n’è una seconda, ancora più enigmatica: cozzano l’una con l’altra e insieme rappresentano il 95% delle forze dell’universo
La guerra del cosmo Materia oscura contro energia oscura
di Cristiano Galbiati

Due entità in lotta, dall’inizio dei tempi, per conseguire il dominio assoluto. Un conflitto senza tregua e senza esclusione di colpi: ogni mezzo è lecito, come in amore e in guerra. Una guerra serrata, dall’esito tutt’altro che scontato, che attraversa i confini del tempo e dello spazio: repentini i rovesciamenti del fronte, e inaspettati. Questa lotta sta avendo luogo proprio intorno a noi, in questo preciso momento. Ha determinato tutto ciò che siamo oggi, e finirà per fissare il destino ultimo dell’Universo. Dobbiamo cercare di comprenderla a fondo: è essenziale, se ci interessa capire da dove veniamo e se vogliamo prevedere l’evoluzione di tutto ciò che ci circonda.
Solo negli ultimi vent’anni abbiamo capito che sin dall’inizio dei tempi, marcato dall’evento singolare del Big Bang, l’evoluzione dell’Universo è stata interamente dominata dalla battaglia feroce tra queste due entità sconosciute. Esse sono in una posizione dominante nel mondo fisico, perché rappresentano circa il 95% dell’energia dell’Universo. Eppure si sono tenute «nascoste» sino a ieri. Questo è stato possibile perché non sono dotate di carica elettrica e non interagiscono direttamente con i campi elettromagnetici: non emettono né assorbono né riflettono luce. Sono due entità oscure. Misteriose e ignote come divinità ctonie, le due entità oscure sono parimenti importanti, ma giocano due ruoli contrapposti e antagonisti nell’evoluzione dell’Universo.
La prima entità si comporta come una massa diffusa e pesante, potremmo dire che è il vero centro di gravità permanente dell’Universo. Grazie all’attrazione gravitazionale dovuta alla sua enorme massa, nell’Universo bambino, costituito da una distesa uniforme di gas idrogeno, si sono formati filamenti simili a quelli di una tela di ragno: fluttuazioni di densità in eccesso dell’entità primordiale hanno richiamato gas idrogeno delle regioni circostanti, aumentando il potenziale gravitazionale e così richiamando materia da regioni sempre più lontane, fino a creare regioni molto dense di gas. Nei punti di incrocio di questi filamenti, agli snodi della tela di ragno, sono nati gli ammassi: qui si sono potute formare le galassie, le stelle e i sistemi solari. Questa prima entità, che ha dominato le fasi iniziali della nascita e della crescita dell’Universo, è nota ai più sotto il nome di «materia oscura». Si presume che sia formata da particelle di una classe nuova, mai osservate in precedenza, che interagiscono molto debolmente con la materia normale, quella di cui siamo fatti noi e tutti i corpi celesti osservati finora. Senza materia oscura, non si sarebbero mai formati le stelle, i pianeti e tutto ciò che rende l’Universo interessante.
La seconda entità è invece una forma di energia mai vista prima: dirompente e lacerante. Si comporta come se fosse una forma di energia intrinseca del vuoto cosmico: è come se fornisse a ogni unità di spazio-tempo un’energia di base, semplicemente per il fatto di esistere, pur in assenza di qualsiasi contenuto e forma materiale. A causa della presenza di questa seconda entità primordiale, quando l’Universo si espande la sua energia totale aumenta. Così l’entità esercita sull’Universo una pressione costante verso l’espansione, proprio l’esatto contrario di quanto fa la forza di gravità. Questa seconda entità va sotto il nome di «energia oscura».
Se la materia oscura è oggi il primo enigma scientifico, la cui soluzione è cruciale per la comprensione del cosmo e delle nuove leggi della fisica, l’energia oscura è un mistero ancor più fitto e affascinante, forse il più grande mistero scientifico di sempre. Completamente ininfluente all’inizio dei tempi, a seguito della continua espansione dell’Universo ha finito per assumere un ruolo vieppiù importante. Se infatti la materia oscura era dominante agli albori dell’Universo (quasi ininfluente invece il ruolo della materia normale, di cui siamo fatti noi e le stelle), la sua densità di energia è calata rapidamente a seguito della diluizione dovuta all’espansione dell’Universo. Non così per l’energia oscura: la sua densità rimane costante per unità di spazio-tempo. Qualche miliardo di anni fa l’energia oscura ha preso il sopravvento, portandoci in una nuova era, caratterizzata da una forte accelerazione dell’espansione dell’Universo, ormai non più controbilanciata dalla forza di attrazione della materia oscura.
A causa di quest’espansione accelerata, intere porzioni dell’Universo si stanno allontanando dalla nostra visuale a velocità più elevate di quella della luce: sono perse per sempre nello spazio-tempo, e non saranno mai più accessibili. Tra qualche miliardo di anni, corpi astrali che oggi sono lontanissimi ma visibili, e la cui osservazione ci permette di comprendere il ruolo e la potenza dell’energia oscura, scompariranno per sempre dietro l’orizzonte. A quel tempo la porzione di Universo visibile sarà ristretta alle sole galassie del «gruppo locale», quelle più vicine alla nostra Via Lattea.
Il fenomeno è così drammatico da influire persino sulla possibilità che civiltà future avranno di rendersi conto di questi fenomeni. Per una nuova civiltà che compaia tra qualche miliardo di anni, quando l’orizzonte dell’Universo sarà molto più ristretto di quello che è oggi, potrebbe essere impossibile ricostruire, sulla base di nuove osservazioni astronomiche dirette, il ruolo della materia e dell’energia oscura nell’evoluzione dell’Universo. In questo senso ci troviamo in una situazione del tutto particolare e inedita dal punto di vista della ricerca scientifica. Siamo nel momento esatto in cui queste due entità, che lasciano sbigottiti e potrebbero cambiare per sempre le leggi della fisica, si dispiegano in tutta la loro potenza. Sta a noi cercare di fornire risposte agli enigmi che ci pongono, senza rimandare il compito a un futuro imprecisato.
Anche questa circostanza contribuisce a rendere la materia e l’energia oscura i problemi scientifici più affascinanti del secolo appena iniziato. E per questo oggi partiamo per un programma di esplorazione ambizioso, non sapendo se e quando il nostro viaggio avrà termine. Dobbiamo scontare che forse saranno necessarie nuove leve e generazioni di ricercatori prima di arrivare alla meta. L’unica certezza è che il cammino di scoperta richiederà lo sviluppo di tecnologie e strumenti nuovi, per permetterci di spingere il nostro sguardo più in là.
Le ricadute tecnologiche su applicazioni di interesse per la società (il cosiddetto broader impact) sono già molto importanti oggi, ed è facile anticipare che produrranno nuovi frutti negli anni a venire. Gli esperimenti ai Laboratori del Gran Sasso dell’Istituto nazionale di fisica nucleare sono in prima linea per la possibile scoperta della natura della materia oscura. Per loro inclinazione o per puro caso, i ricercatori italiani sono particolarmente a loro agio in questa navigazione senza meta prefissata. Ancora una volta, il viaggio in mare aperto e l’esplorazione delle nuove terre sono appena cominciati.