Studiare la distribuzione nel cosmo di una sostanza impossibile da osservare è una sfida non da poco. La materia oscura, mistero per eccellenza dell’astronomia, secondo gli scienziati costituisce oltre l’85% della massa presente nell’universo. Ma ancora oggi nessuno è riuscito a dare un volto a questa signora indiscussa dell’oscurità del mondo fisico.
La materia oscura, dicevamo, non può in alcun modo essere osservata direttamente: non assorbe, non riflette e non emette luce. Eppure senza la materia oscura non potrebbe esistere l’universo come lo conosciamo. Ad esempio, questo ingrediente è essenziale per spiegare le forze gravitazionali che tengono insieme le galassie.
Ecco perché gli astronomi continuano a scontrarsi con l’enigma della famigerata dark matter, cercando di colmare con i dati teorici le lacune dei dati osservativi. In questo filone di ricerca si inserisce un team capitanato dall’Istituto di Astrofisica delle Canarie, che ha sviluppato una serie di simulazioni per provare a ricostruire la distribuzione della materia oscura nelle galassie. Secondo i risultati, pubblicati su Astronomy & Astrophysics Letters, la materia oscura avrebbe un andamento sintetizzabile con l’espressione ‘massima entropia’. Sarebbe quindi una dark matter teoricamente disordinata, quella immaginata dal team di ricerca a guida spagnola. ‘Teoricamente’, perché come affermano gli stessi autori dello studio si tratta di una stima basata sulle probabilità. Secondo gli scienziati, per raggiungere lo stato di ‘massimo disordine’ la materia oscura dovrebbe collidere al suo interno, proprio come avviene alle molecole di gas. In questo modo raggiungerebbe uno stato – detto equilibro termodinamico – in cui densità, pressione e temperatura sono in relazione.
«Se le particelle di materia oscura si scontrassero tra loro – dice Jorge Sánchez Almeida, prima firma dello studio – questo darebbe loro un carattere molto speciale, che risolverebbe in parte il mistero della loro origine». In base a tale lettura, partire dal presupposto che la materia oscura collida all’interno delle galassie – e che quindi abbia un alto livello di entropia – aiuterebbe a spiegare alcune caratteristiche delle galassie stesse. Si tratta appunto di un’assunzione teorica, per ora impossibile da dimostrare al di fuori dei modelli simulativi. Ma secondo Almeida e colleghi, dire che la distribuzione della materia oscura è organizzata secondo la massima entropia – che equivale al suo equilibrio termodinamico – significa dire che si trova nel suo stato più probabile.
Per fornire un esempio di questa maggior probabilità, gli scienziati hanno ricostruito la materia oscura in due galassie simulate al computer (immagine in alto). L’unica differenza sta appunto nella distribuzione della materia oscura: senza collisioni (galassia a sinistra) e con collisioni (galassia a destra). Il cerchio segna idealmente la fine delle due galassie. Lo studio suggerisce che la materia oscura nelle galassie reali assomigli di più all’immagine a destra. Tale distribuzione entropica implicherebbe anche uno scambio di energia della materia oscura con se stessa e con la rimanente materia ‘normale’, ovvero la materia barionica.
Serviranno ulteriori studi per confermare questa teoria sull’eventuale natura disordinata della materia oscura. L’unica certezza, al momento, è che quando si parla di dark matter un pizzico di immaginazione è d’obbligo. Anche perché recenti analisi parlano di una ‘ricetta’ della materia oscura ancora ben lungi dall’essere completa: studiare questo essenziale eppure ineffabile componente del cosmo significa dunque muoversi necessariamente nel campo delle probabilità. Almeno per ora.