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livello elementare.
ARGOMENTO: ASTRONOMIA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: materia, universo
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Per i primi 150 milioni di anni dopo il Big Bang non c’erano galassie, stelle o pianeti e l’universo era privo di caratteristiche. Con il passare del tempo, si formarono le prime stelle che si raccolsero poi in galassie che a loro volta incominciarono a raggrupparsi in ammassi. Enormi quantità di materia si scontrarono l’una con l’altra ed i pianeti del nostro sistema solare incominciarono a formarsi attorno al sole, tenuti insieme dalla gravità.
I moderni telescopi spaziali ci consentono oggi di studiare questi ammassi mostrandoci che lo spazio tra le galassie è pieno di gas, caldo ed invisibile ai normali telescopi per cui se ne osservano solo le loro emissioni di raggi X o gamma. Dalle analisi spettrali si è scoperto che ci deve essere cinque volte più materia negli ammassi di quanto ipotizzato e che le galassie si muovono al loro interno troppo velocemente, con rapidi movimento delle loro strutture. Se calcoliamo solo la materia visibile, si deduce che non c’è abbastanza gravità per spiegare tutti questi comportamenti per cui questi fenomeni potrebbero essere spiegati solo ipotizzando la presenza della materia oscura, una forma ipotetica di materia massiccia, elettricamente neutra e che difficilmente interagisce con la materia normale. Con essa si ipotizza anche un’energia oscura, non direttamente rilevabile, e diffusa omogeneamente nello spazio, che potrebbe giustificare l’espansione accelerata dell’universo.
Facciamo un passo indietro
Tutto ciò che gli scienziati possono osservare nell’universo, dalle persone ai pianeti, è fatto di materia. La materia è definita come qualsiasi sostanza che abbia una massa e occupi dello spazio.
Grafico a torta dell’universo. L’universo è composto da tre componenti: materia normale o visibile (5%), materia oscura (27%) ed energia oscura (68%).Goddard Space Flight Center della NASA
Di fatto la materia normale è composta da tutto ciò che possiamo osservare direttamente. Possiamo osservarla nella luce visibile con i nostri occhi o attraverso un telescopio in grado di rilevare la luce che non possiamo vedere, come l’ultravioletto o l’infrarosso. La maggior parte della materia normale è composta da particelle atomiche: protoni, neutroni ed elettroni. Può esistere come gas, solido, liquido o plasma di particelle cariche. In realtà, sebbene la materia ordinaria sia onnipresente nella nostra vita quotidiana, costituisce meno del 5% dell’universo totale. Per quanto riguarda invece la Materia oscura, come quella ordinaria, occupa spazio e possiede massa ma non riflette, assorbe o irradia luce, o almeno non abbastanza da poter essere rilevata. Sebbene gli scienziati abbiano calcolato che la materia oscura costituisca circa il 27% del cosmo, in realtà gli scienziati non sono ancora sicuri di cosa sia. Secondo alcune teorie potrebbe essere composta da diversi tipi di particelle, ancora non ben identificati, che raramente interagiscono con la materia ordinaria.
Ammasso della Chioma. Il telescopio spaziale Hubble della NASA ha catturato la magnifica popolazione stellare dell’ammasso di galassie della Chioma, uno dei più densi insiemi di galassie conosciuti. L’immagine, che si estende per diversi milioni di anni luce, copre un’ampia porzione vicino al centro dell’ammasso. NASA, ESA e Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Gli astronomi non ne ipotizzavano l’esistenza fino al XX secolo. Negli anni ’30, l’astronomo svizzero Fritz Zwicky coniò il termine mentre studiava l’ammasso di galassie della Chioma, che contiene più di 1.000 galassie. Considerando che la velocità con cui si muovono le galassie all’interno di un ammasso dipende dalla massa totale e dalle dimensioni dell’ammasso, Zwicky notò che le galassie nell’ammasso della Chioma si muovevano più velocemente di quanto potesse essere spiegato dalla quantità di materia che gli astronomi potevano osservare al loro interno. Solo negli anni ’70 l’astronoma statunitense Vera Rubin confermò l’esistenza della materia oscura studiando la rotazione delle singole galassie. Grazie ai suoi studi si scoprì che le singole galassie avrebbero potuto contenere della massa invisibile composta da materia oscura, una forma di materia che si stima oggi possa costituire circa il 27% dell’universo. Un valore ipotetico, complesso da valutare in quanto questa materia non emette radiazioni elettromagnetiche, ipotizzato valutando gli effetti gravitazionali sulle galassie.
Oggi gli scienziati pensano che la materia oscura ricopra una vasta struttura a ragnatela che si snoda attraverso l’intero universo: un’impalcatura gravitazionale che attrae la maggior parte della materia ordinaria del cosmo. In particolare, ritengono che essa non sia composta da particelle di materia note perché in quel caso l’universo apparirebbe molto diverso. Uno dei tanti misteri legati all’origine dell’Universo.
Vincenzo Popio
immagini NASA/ESA
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Laureato in Scienze Marine presso l’Università di Pisa con un Ph. D. in Maritime Science e Master in “Environmental science and sea pollution research” presso la Pacific Western University di Los Angeles, California, il dottor Popio ha trascorso oltre 32 anni di servizio attivo nella Marina Militare. Ha ricoperto incarichi di Comando a bordo delle unità navali, come Direttore agli Studi presso Istituti di Formazione militare e come rappresentante della Marina presso l’Ufficio del Sottocapo di Stato Maggiore della Difesa. Lasciato il servizio attivo, il dr. Popio, ha continuato, in campo civile, a fornire il proprio contributo per la salvaguardia dell’ambiente marino e di tutte le sue specie, collaborando in diversi progetti riguardanti l’ambiente, con le Università di Bari, Lecce, Napoli e con l’Istituto per l’Ambiente Marino Costiero-CNR di Taranto. Numerosi sono gli articoli pubblicati sulla stampa locale sull’inquinamento (aria, mare, suolo) a Taranto, dovuto alla presenza delle industrie pesanti. Uno studio particolare è stato effettuato sul Mar Piccolo e il Mar Grande di Taranto.