Un nuovo studio rivela che delle bolle cosmiche che crescevano in continuazione agli inizi dell’universo potrebbero aver portato all’attuale abbondanza di materia oscura, l’inafferrabile sostanza che esercita un’interazione gravitazionale con le stelle ma non emette luce.
La materia oscura derivante dalle bolle cosmiche è parte indispensabile del cosmo
La teoria, che compare sulla rivista The Physical Review Letters, potrebbe spiegare esattamente come la materia oscura si sia condensata nel brodo infuocato dell’universo primitivo. Da quando l’astronomo Fritz Zwicky propose per la prima volta l’esistenza della materia oscura nel 1933, innumerevoli prove osservazionali hanno dimostrato che qualcosa si nasconde nell’ombra, invisibile ai nostri occhi e persino gli ultimi strumenti scientifici.
La materia oscura si fa notare grazie alla spinta gravitazionale che esercita sulle stelle visibili e sulle galassie che gli astronomi osservano. L’entità di tale spinta permette agli scienziati di stimare quale percentuale dell’universo è costituita da materia oscura; le stime attuali suggeriscono che questa materia oscura costituisca l’80% della massa dell’universo.
Andrew Long, assistente di Fisica alla Rice University di Houston e coautore dello studio, spiega che, nonostante sappiamo quanta materia oscura contiene il nostro universo, per decenni gli scienziati si sono chiesti quale sia la sua natura e la sua origine. C’è poi una serie di domande che tormenta i ricercatori: la materia oscura è un insieme di particelle elementari? Se sì, quali sono le proprietà di queste particelle, ad esempio la massa e la rotazione? Quali forze esercitano e quali interazioni sperimentano? Quando è nata la materia oscura e quali interazioni hanno giocato un ruolo importante nella sua formazione?
Il prof. Long, insieme a Michael Baker, della Melbourne University, e a Joachim Kopp, della Johannes Gutenberg University di Magonza, ha tentato di rispondere all’ultima di queste domande, cercando di scoprire quando e come si è formata la materia oscura. Gli studiosi hanno preso in esame il primo periodo della formazione dell’universo, una frazione di nanosecondo dopo l’inizio del Big Bang in cui le particelle si sono scontrate e annientate a vicenda con la stessa velocità con cui si sono formate.
I passaggi di stato che diedero vita all’universo
All’epoca, l’universo era un brodo infuocato di particelle elementari ad altissima energia, simile a quello che i fisici che studiano il plasma di quark e gluoni creano oggi nei più grandi acceleratori di particelle. Questo brodo primordiale era incredibilmente caldo e denso, e troppo caotico per consentire la formazione di particelle subatomiche più ordinate come protoni e neutroni.
In questo scenario, delle bolle di plasma raffreddato si sono formate bruscamente nella zuppa bollente dell’universo primitivo. Queste bolle cosmiche si sono espanse e si sono fuse fino a quando l’intero universo è entrato in una nuova fase. Nello studio, il team ha ipotizzato che nelle frazioni di secondo dopo il Big Bang, il plasma abbia subito una transizione di fase simile a quella che avviene quando la materia passa da uno stato all’altro, come quando si formano bolle di vapore acqueo in una pentola di acqua bollente, o il vapore si raffredda formando goccioline d’acqua.
Queste goccioline, nel loro espandersi in tutto l’universo, si comportavano come filtri che setacciano le particelle di materia oscura separandole dal plasma. Long sostiene che la quantità di materia oscura che oggi si trova nell’universo è il risultato diretto di questa filtrazione.
