La materia oscura potrebbe nascondere una forza segreta capace di comportarsi al contrario di quanto immaginato finora. Invece di far crescere più in fretta le grandi strutture cosmiche, come tutti si aspetterebbero, quella spinta invisibile tende a rallentarle. Un risultato che ha spiazzato non poco chi si occupa di cosmologia, perché va esattamente contro l’intuizione. A raccontarlo è uno studio pubblicato sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, che ha provato a immaginare cosa succederebbe se le particelle di materia oscura sentissero un’attrazione reciproca in più, oltre alla gravità.
Di solito la materia oscura viene descritta come una sostanza invisibile che risponde soltanto alla gravità. Punto. Ma gli scienziati stanno ragionando su qualcosa di più complicato: e se quelle particelle interagissero anche attraverso una loro forza nascosta, invisibile a tutto il resto? È l’idea al centro della ricerca, e le conclusioni sono state parecchio controintuitive. La forza oscura, così viene chiamata, fa sì che la materia oscura si raggruppi in modo più efficiente, eppure il risultato finale è opposto: la crescita delle strutture cosmiche rallenta.
Perché si parla di una forza oscura
L’interesse per una possibile forza oscura è cresciuto man mano che le osservazioni dell’Universo sono diventate più precise, tirando fuori risultati che non sempre combaciano alla perfezione. Le misure dell’espansione cosmica e quelle sullo sviluppo delle galassie, a volte, sembrano raccontare storie leggermente diverse. Alcune osservazioni dell’Universo lontano suggeriscono che in passato l’espansione possa essere andata un po’ più a rilento rispetto a quanto prevede il modello cosmologico standard.
Nel frattempo, gli studi sulla radiazione cosmica di fondo indicano da tempo che la materia potrebbe essere raggruppata in modo più fitto del previsto sulle scale più grandi. Differenze piccole, sia chiaro, ma abbastanza da spingere gli scienziati a chiedersi se al modello standard della cosmologia manchi qualche ingrediente importante. Una delle ipotesi è proprio questa: le particelle di materia oscura sentono una forza in più che la materia ordinaria non riesce a percepire. Poiché l’interazione agirebbe solo all’interno del settore oscuro, i ricercatori la chiamano appunto forza oscura.
“Quello che davvero sappiamo sulla materia oscura lo abbiamo imparato finora solo attraverso i suoi effetti gravitazionali”, spiega Zachary Weiner, ricercatore del Perimeter Institute for Theoretical Physics e autore di riferimento dello studio. “Questo lascia aperta la possibilità che la materia oscura abbia interazioni aggiuntive, nascoste alla materia ordinaria”.
L’effetto a sorpresa sulla crescita cosmica
Il gruppo di ricerca ha analizzato una serie di modelli teorici in cui le particelle di materia oscura interagiscono attraverso una forza a lungo raggio, in aggiunta alla gravità. Mettendo insieme calcoli teorici e dati cosmologici, gli scienziati hanno studiato come questa interazione nascosta influirebbe sulla storia dell’espansione cosmica e sulla formazione delle grandi strutture.
All’inizio la logica sembra lineare. Se le particelle si attraggono con una forza in più, dovrebbero ammassarsi più in fretta. “La prima cosa che ci si aspetterebbe è che dare alla materia oscura una forza attrattiva aggiuntiva faccia crescere le strutture più velocemente”, dice Weiner. “Ma allo stesso tempo entra in gioco un altro effetto”. Ed è qui che arriva la sorpresa: lo stesso processo fa sì che le particelle perdano massa in modo effettivo con il passare del tempo. Questa riduzione indebolisce la loro influenza gravitazionale, controbilanciando l’attrazione più forte prodotta dalla forza nascosta. Nella maggior parte dei casi, l’effetto combinato finisce per frenare la crescita delle strutture cosmiche invece di spingerla.
Cosa cambia per DESI e i modelli di energia oscura
I risultati potrebbero contare parecchio anche per teorie che vanno oltre la sola materia oscura. Alcune spiegazioni proposte per le recenti misurazioni del Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) tirano in ballo interazioni simili tra le particelle. Secondo i ricercatori, il meccanismo appena individuato rischia di influenzare molti di quei modelli più complicati. Qualsiasi teoria che coinvolga una forza attrattiva nascosta dovrà tenere conto del fatto che la materia oscura diventa effettivamente più leggera man mano che l’Universo evolve.
Misure più precise, provenienti dai prossimi osservatori e dalle grandi survey cosmiche, potrebbero aiutare a capire quali interazioni nascoste la materia oscura possiede davvero e quali invece si possono escludere. “L’Universo è spesso più sottile di quanto ci suggerisce l’intuizione”, conclude Weiner. “Ed è proprio per questo che dobbiamo continuare a testare queste idee”.