Qual è la relazione fra lo scienziato Albert Einstein e la materia oscura? Osservando lo spazio profondo della nostra galassia, un team internazionale di astronomi, ha casualmente fatto una scoperta sensazionale. Il fenomeno noto come “croce di Einstein”, generalmente visibile attraverso quattro punti luminosi, presentava una quinta immagine centrale. Da qui, si sono formulate varie ipotesi che potrebbero coinvolgere la materia oscura.
Indice
- Einstein e la Teoria della relatività generale
- Le lenti gravitazionali
- La Croce di Einstein
- La scoperta dell’anomalia gravitazionale
- Cos’è la materia oscura
- Il microlensing
- Conclusioni
Einstein e la Teoria della relatività generale
La Croce di Einstein è un fenomeno tra l’affascinante e il misterioso che non ha nulla a che fare con la religione. Si tratta di un fenomeno rarissimo che coinvolge le varie galassie, spiegabile attraverso la Teoria della relatività generale di Albert Einstein. Nel 1911, lo scienziato effettuò il primo calcolo della deflessione della luce da parte del Sole. Egli calcolò correttamente che un corpo massivo potesse agire da lente gravitazionale deviando la direzione di propagazione dei raggi luminosi radenti alla superficie dell’astro. Secondo questa teoria, lo spazio-tempo può essere distorto e influenzato dalla presenza di materia e di energia, ed una delle implicazioni è che anche la traiettoria della radiazione elettromagnetica, come la luce, può essere curvata.
Le lenti gravitazionali
Nel 1936 Albert Einstein pubblicò un articolo su Science in cui descriveva l’effetto di ‘lente gravitazionale’ prodotto da una stella su un’altra, nonché la formazione di un anello luminoso, oggi denominato anello di
Einstein. Questa nuova scoperta portò alla conclusione che le lenti gravitazionali possono agire anche su ammassi di galassie. Una galassia è una gigantesca “isola cosmica” composta da stelle, pianeti, polveri e una grande quantità di materia oscura, tenuti insieme dalla forza di gravità.
Alcune galassie contengono “solo” qualche miliardo di stelle. Altre arrivano a centinaia o addirittura trilioni di stelle, disposte in strutture spettacolari e complesse. Su questo punto Einstein aveva sottovalutato il progresso tecnologico. Il fisico svizzero Zwicky, comprese immediatamente che le galassie dovevano esser in realtà delle lenti gravitazionali molto più potenti delle singole stelle e potevano generare immagini con una separazione angolare sufficientemente grande da essere osservabili.
La croce di Einstein
Quando la luce di un oggetto molto distante (come un quasar, un nucleo galattico estremamente luminoso) passa vicino a una galassia massiccia tra la sorgente e l’osservatore sulla Terra, la gravità della galassia deforma lo spazio-tempo. Se l’allineamento è perfetto, la luce si divide in quattro immagini separate dal quasar che vanno a costruire una ‘croce’ attorno alla galassia centrale, la Croce di Einstein.
La scoperta dell’anomalia gravitazionale
Di recente un gruppo di astronomi ricercatori della Rutgers University-New Brunswick, effettuando degli studi sulla galassia polverosa HerS-3 distante anni luce dalla Terra, ha individuato per la prima volta l’anomalia. L’astronomo francese Pierre Cox, direttore della ricerca, analizzando i dati del radiotelescopio NOEMA, situato nelle Alpi, ha dimostrato chiaramente cinque punti luminosi, invece dei quattro attesi. Questi dati sono stati confermati anche con il potente array ALMA in Cile. Il Dottor Cox racconta: «All’inizio si pensava ad un errore dello strumento», ma con i dati cileni, la quinta immagine era reale e non poteva essere ignorata.
Cos’è la materia oscura
Per spiegare il fenomeno, il team di esperti guidati da Keeton della Rutgens University ha costruito sofisticati algoritmi matematici. Le sole galassie visibili non bastavano a riprodurre l’anomalia, doveva esserci dell’altro. Solo aggiungendo un alone di materia oscura la simulazione coincideva con i dati e l’algoritmo aveva senso.
La materia oscura è una componente misteriosa dell’universo che non emette né riflette luce, quindi non può essere osservata direttamente con i telescopi tradizionali. Tuttavia, la sua esistenza è dedotta dagli effetti gravitazionali che esercita sulla materia visibile, come stelle e galassie. Sono stati ipotizzati due principali tipi di materia oscura: microscopica e macroscopica. Nel primo caso la materia oscura sarebbe composta da
particelle atomiche o subatomiche di origine conosciuta. Tale ipotesi non è plausibile a
causa della elevata sensibilità dei telescopi che riuscirebbero a rilevarne le emissioni.
Nel caso macroscopico, si ipotizza che sia costituita da una vasta popolazione
di oggetti compatti chiamati MACHO (Massive Compact Halo Objects), estremamente difficili da osservare direttamente.
Il microlensing
Un modo per riuscire ad individuare tali oggetti è quello del microlensing. Se c’è un grande
numero di MACHO nell’alone della nostra galassia, è statisticamente probabile
che un oggetto compatto passi davanti ad una di queste stelle causando un effetto di lente
gravitazionale. Questo fenomeno potrebbe provocare un temporaneo aumento della luminosità della stella di fondo. Grazie al progetto MACHO, che ha analizzato la luminosità di circa 12 milioni di stelle nella
Grande Nube di Magellano, in 6 anni sono stati rilevati 17 eventi di lenti gravitazionali. Di questi, solo il 15-20% attribuita agli oggetti MACHO e il restante 80-85% non ha ancora una spiegazione plausibile.
L’ipotesi introdotta per spiegare questa discrepanza, prevede la presenza di materia oscura costituita da particelle a noi del tutto ignote. Grazie alla tecnologia della lente gravitazionale sono stati scoperti 34 pianeti extrasolari.
Conclusioni
Gli studi sul Sistema HerS-3 hanno permesso di costruire un ‘grande laboratorio naturale’ in cui studiare sia le galassie lontane che la materia di cui sono costituite.
Ci sono voluti più di 500 anni, ma alla fine il lavoro teorico di Einstein sulla lente gravitazionale si è trasformato in un campo di ricerca osservativa delle galassie di grande successo. Ad oggi non è ancora stata identificata con certezza nessuna particella di materia oscura per mezzo di esperimenti tradizionali, anche a causa della loro debole interazione con la materia ordinaria.
Centri di ricerca Europei e Internazionali mirano a sperimentare nuove tecnologie basate sulla collisione ad altissima energia di piccole particelle ordinarie come protoni e ioni che durante l’accelerazione scomparirebbero senza lasciare traccia nella strumentazione poichè, incapaci di interagire con la materia, violerebbero il principio di conservazione dell’energia.
Fonti
- https://www.gazzetta.it/attualita/25-09-2025/croce-di-einstein-nello-spazio-perche-gli-scienziati-son-senza-parole.shtml
- https://www.sciencealert.com/mysterious-dark-matter-mapped-across-space-like-never-before
- https://www.astronomiafacile.it/cose-una-galassia/
- https://amslaurea.unibo.it/id/eprint/25268/1/Fedi_Francesca_tesi%20.pdf
- https://core.ac.uk/download/pdf/231339999.pdf
- https://www.afsu.it/wp-content/uploads/2023/02/Periodico-di-Matematica-IV-Vol.-IV-4-Online.pdf#page=151
- https://www.microbiologiaitalia.it/scienziati/albert-einstein-la-teoria-della-relativita/