mercoledì , 21 Agosto 2019
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Gli astrofisici alla ricerca della materia oscura del cosmo nelle miniere del Sud Dakota

Gli astrofisici alla ricerca della materia oscura del cosmo nelle miniere del Sud DakotaA cavallo tra il 19° e il 20° secolo le miniere di Black Hills in South Dakota hanno partorito un tesoro di 1 mille 250 tonnellate d’oro, in una folle epopea che ha premiato con la ricchezza pochi cercatori fortunati, e ha dannato la vita di tanti altri. Oggi le cave abbandonate sono diventate terreno di ricerca per una diversa corsa epocale: quella di un gruppo di astrofisici determinati a scoprire e catturare il misterioso Graal della materia oscura dell’universo.

Nessuno ha mai visto e tantomeno registrato la presenza della materia oscura, ma tanti ne hanno preso a parlare negli ultimi ottanta anni, da quando l’astronomo bulgaro americano Fritz Zwicky ne teorizzò l’esistenza.

Stava studiando il moto dei grandi ammassi di galassie, quando si rese conto che aveva di fronte un misterioso problema di calcolo. In un primo momento aveva attribuito alle galassie una stima di peso giudicandole per la luminosità, e quindi per la presunta massa che le compone. Ma quando aveva ne aveva analizzato la velocità di dispersione, si era reso conto che si muovevano con enorme lentezza, come se fossero 400 volte più pesanti.

Galassie

Alpha Magnetic Spectrometer
Alpha Magnetic Spectrometer

Era come se una massa ambientale di enormi proporzioni ne rallentasse il moto, aggiungendo all’universo un peso invisibile all’occhio e agli strumenti di rilevazione. Il mistero è cresciuto nel tempo, tanto che oggi si pensa che la materia oscura possa occupare l’85% dell’intero universo. La sua esistenza teorica è servita a giustificare fenomeni per i quali non abbiamo altre spiegazioni, primo tra i quali la coesione delle galassie.

Sappiamo che le masse visibili (pianeti, stelle, polvere cosmica) da sole non sono abbastanza pesanti e coese da garantire l’equilibrio gravitazionale di una galassia. Se la materia che vediamo fosse l’unico loro componente, le vedremmo disperdersi nell’universo a causa della forza centrifuga. Se restano al loro posto, è perché sono appesantite dalla materia oscura, come se galleggiassero in un fluido denso capace di sostenerle. Origine e composizione di questa materia sono tuttora ignote: si ipotizza che sia fatta di neutrini generati 14 milioni di anni fa al tempo del Big Bang, e che oggi occupano il buio che circonda i corpi celesti.

Gli scienziati di tutto il mondo sono impegnati a trovarla. C’è chi cerca di riprodurla nei potenti acceleratori di particelle di ultima generazione, e chi prova ad osservarla nello spazio con strumenti sofisticati come lo spettrometro Alpha Magnetic, che lo scorso gennaio a bordo della Stazione Spaziale sembra aver identificato una deviazione sospetta dei raggi solari, che alcuni astrofisici imputano alla collisione con particelle di materia oscura.

L’alternativa

Il dipartimento dell’Energia americano intende invece trovarla sul fondo della miniera di Black Hills, un ambiente scelto perché è l’unico in grado di garantire con i suoi 1500 metri di roccia sovrastanti la “pace cosmica”, ovvero l’assenza di radiazioni ambientali, inclusi i raggi cosmici che sono capaci di penetrare la crosta terrestre a grande profondità, ma non tanto da raggiungere il luogo dell’esperimento.

Nel cuore della montagna è stata costruita una cisterna di acciaio inossidabile da 300 tonnellate di acqua ultra purificata, cioè a sua volta priva di ogni traccia radioattiva. Al centro della cisterna c’è un serbatoio di 370 chili di xeno, un gas nobile che ha la particolare proprietà di emettere un raggio luminoso ogni volta che viene attraversato da una particella.

La roccia

Fritz Zwicky - Propose per primo l'esistenza della materia oscura.
Fritz Zwicky – Propose per primo l’esistenza della materia oscura.

L’intero apparato di Black Hill che ha il nome di Lux è quindi una trappola per la materia oscura: gli scienziati scommettono che a lasciarla in operazione, prima o poi comincerà a registrare il passaggio delle particelle di materia oscura, emettendo raggi che ne testimoniano il passaggio. L’anno scorso l’esperimento è stato tentato per la durata di 90 giorni senza alcun risultato, se non quello di confermare la perfetta tenuta isolante della cisterna-lettore.

Nelle prossime settimane ricomincerà a funzionare e sarà tenuta attiva per 300 giorni, e in questo periodo gli scienziati contano di registrare passaggi regolari, per quanto rari delle particelle. Più numerosi saranno, più facile sarà per loro sciogliere il rebus e annunciare la validità delle teorie di Zwicky.

E se dovessero restare a mani vuote? «Costruiremo la prossima generazione di lettore, un Lux Zeppelin“, dice l’astronomo inglese Jim Dobson, “andremo avanti finché non dovesse essere dimostrato che ci siamo sbagliati per tutto un secolo, e che la materia oscura non esiste. E anche in qual caso torneremo a studiare daccapo, fino a trovare altre soluzioni alle domande ancora irrisolte».