Domande & Risposte

• Tenendo conto dell'equivalenza massa-energia, la materia oscura potrebbe essere la radiazione cosmica di fondo?

Effettivamente c'è un contributo della radiazione cosmica di fondo, ma tale contributo è molto piccolo. Infatti si stima che la densitá critica dell'Universo sia ~ 2 x 10^-29 g/cm³, mentre la densitá di energia della radiazione cosmica di fondo corrisponde a ~ 4.6 x 10^-34 g/cm³. Il contributo di  questa energia residua del Big-Bang era molto più importante nei primi attimi di vita dell'Universo, oggi non è così importante perchè la sua densitá di energia è diminuita molto più velocemente che non quella della materia ordinaria.
 

• L'ammontare di materia barionica sia visibile che oscura dell'Universo può essere stimata dalla quantità relativa di deuterio e di elio; ma come misuriamo quanto elio e deuterio c'è nell'Universo?

Ogni atomo può essere eccitato tramite riscaldamento della materia che lo contiene. Un atomo eccitato si diseccita rapidamente emettendo fotoni di energia ben definita; questi si manifestano come righe luminose specifiche emesse (o assorbite) da ogni corpo celeste. Il nostro sole emette (assorbe) una grande quantità di righe luminose: dalla lunghezza d'onda della riga si stabilisce quale elemento l'ha emessa, e dall'intensità della riga si deduce poi, per esempio, quanti atomi di di elio o deuterio si trovano nelle parti esterne del sole. Le misure possono essere fatte tramite spettroscopi di grande precisione. È da ricordare che l'elio fu scoperto analizzando la luce solare, prima di osservarlo direttamente sulla terra.
Con lo stesso metodo si possono stimare le quantità di deuterio e elio nelle stelle.
L'elio e il deuterio si possono trovare anche in ammassi cosmici di gas, ma sono osservabili solo se vi è qualche sorgente che riscaldi tale gas.
 

• Quali sono i limiti di validità della legge di gravitazione universale di Newton? Comprendiamo la forza di gravità a grandissime distanze?

In astrofisica dobbiamo spesso estrapolare le leggi della fisica sino a distanze e a masse molto più grandi di quelle alle quali possiamo verificarle direttamente in laboratorio.
In particolare ci si può chiedere se la legge di gravitazione universale di Newton sia veramente valida a distanze stellari, galattiche ed extragalattiche. Newton stesso estrapolò la sua legge, verificata per il nostro sistema solare, sino a distanze stellari, e ora noi dobbiamo estenderla a distanze molto più grandi.
A grandissime distanze la gravitazione potrebbe forse comportarsi in modo diverso da quello che conosciamo con grande precisione a livello del sistema solare; per esempio potrebbe avere una dipendenza dalla distanza R diversa da 1/R². Finora, però, non c'è nessuna indicazione di alcuna deviazione e possiamo quindi usarla con confidenza. Ma, anche se molto improbabile, è sempre opportuno ricordarsi che dobbiamo verificare meglio sperimentalmente la legge di gravità a grandissime distanze.
Un corpo celeste di grande massa introduce variazioni locali dello spazio-tempo. È qui, cioè in presenza di grandi masse su dimensioni relativamente modeste e quindi di forti campi gravitazionali, che occorre modificare la meccanica classica introducendo la teoria della Relatività Generale di Einstein. Un raggio luminoso che si propaga nello spazio viene curvato quando passa vicino a corpi celesti di grande massa; questo perchè il raggio segue la distorsione nello spazio-tempo introdotta dalla presenza di grandi masse.

• Come mai una grande nube di gas caldo in un ammasso di galassie emette raggi X? 

La materia oscura costituita di particelle pesanti presenti nel gruppo di galassie riscalda la nube, in particolare gli elettroni; questi sottoposti ad accelerazioni irraggiano raggi X. Non osserviamo direttamente la nube di materia oscura, ma gli effetti sugli elettroni della materia ordinaria.