Due idee rivoluzionarie riconsiderano l'origine della materia oscura

    Un fisico teorico propone due idee audaci sull'origine della materia oscura: un universo nascosto con particelle proprie, oppure particelle generate ai margini del cosmo, subito dopo la grande espansione iniziale.

    Le galassie si muovono in modi che la materia visibile non può spiegare. La risposta potrebbe risiedere nell'enigmatica materia oscura.

    La materia oscura è uno dei più grandi misteri del cosmo. Non emette luce, non assorbe radiazioni e non può essere osservata direttamente, ma la sua presenza si deduce dagli effetti gravitazionali che esercita sulle galassie e sugli ammassi di galassie.

    Nonostante decenni di ricerca, la natura della materia oscura rimane sconosciuta. Ora, il fisico teorico Stefano Profumo, dell’Università della California a Santa Cruz, ha proposto due ipotesi che offrono spiegazioni originali della sua origine: una suggerisce che esista un “mondo specchio” invisibile all’occhio umano; l’altra, che la materia oscura sia emersa direttamente dal confine stesso dell’universo nei suoi primi istanti.

    Materia oscura: cos’è e cosa si sa?

    Il termine “materia oscura” è stato coniato per spiegare la massa mancante nell’universo. Le osservazioni astronomiche mostrano che la materia visibile (stelle, pianeti, gas e polveri) non è sufficiente a spiegare la velocità con cui ruotano le galassie né il modo in cui si raggruppano.

    Secondo le stime più accettate, circa l’85% del contenuto dell’universo è materia oscura, il cui nome fa riferimento al fatto che si tratta di una materia che non interagisce con la luce.

    Tuttavia, nessun esperimento è riuscito a rilevarla direttamente. Non sembra interagire con la luce né con le forze elettromagnetiche, e la sua presenza si deduce solo attraverso la gravità. In assenza di prove, gli scienziati esplorano idee sempre più creative per comprenderne l’origine e la composizione.

    Un "mondo specchio" oscuro

    La prima delle teorie di Profumo descrive un settore nascosto dell’universo, un “mondo specchio” composto da particelle analoghe a quelle conosciute —come elettroni, quark o gluoni—, ma che interagiscono principalmente tra loro e con la materia visibile solo attraverso la gravità.

    I quark sono particelle che si combinano per formare particelle più grandi come protoni e neutroni, mentre i gluoni sono particelle che mediano la forza che unisce i quark.

    In questo scenario, nei primissimi istanti dopo il Big Bang, queste particelle oscure avrebbero sperimentato una fisica simile a quella del nostro universo visibile. Avrebbero potuto combinarsi in “barioni oscuri” e, in determinate condizioni, collassare in oggetti ultracompatti simili a minuscoli buchi neri, con masse vicine alla scala di Planck.

    Questi "antenati" oscuri sarebbero estremamente stabili e potrebbero costituire la materia oscura attuale. L’idea è attraente perché si basa su leggi fisiche ben conosciute, ma applicate a un settore che non possiamo vedere. Se confermata, questo mondo specchio aprirebbe la porta a un universo parallelo, reale quanto il nostro, ma completamente invisibile.

    Materia oscura emersa dall’orizzonte cosmico

    La seconda proposta si discosta dall’idea di particelle preesistenti e si concentra su un fenomeno quantistico legato all’espansione dell’universo. Dopo l’espansione cosmica, l’universo potrebbe aver attraversato un’altra fase di espansione accelerata, meno estrema ma sufficiente a far sì che il suo orizzonte cosmico agisse come un “orizzonte termico”.

    Nella fisica quantistica, gli orizzonti (simili a quelli dei buchi neri) possono produrre particelle attraverso processi simili alla radiazione di Hawking. Profumo suggerisce che l’orizzonte dell’universo primordiale potrebbe aver emesso particelle che, sopravvissute fino a oggi, costituirebbero la materia oscura.

    Ciò che affascina di questa ipotesi è che non richiede alcuna interazione aggiuntiva oltre alla gravità. È lo stesso spazio-tempo in espansione a generare la materia oscura, trasformando l’universo primordiale in una vera e propria “fabbrica quantistica” di particelle invisibili.

    In entrambe le teorie, seppur speculative, esiste la possibilità di metterle alla prova. Gli oggetti compatti del mondo specchio potrebbero essere rilevati indirettamente attraverso onde gravitazionali, mentre il modello dell’orizzonte cosmico potrebbe lasciare tracce nella struttura su larga scala dell’universo o nella distribuzione degli elementi formatisi dopo il Big Bang.

    Benché ci sia ancora molta strada da fare per confermarle o scartarle, queste idee dimostrano che, anche in un campo così sfuggente come la materia oscura, la creatività scientifica continua ad aprire percorsi per comprendere i segreti più profondi del cosmo.

    Riferimenti della notizia

    - Profumo, S. (2025). Dark matter from quasi–de Sitter horizons. Physical Review D, 112(2), 023511.

    - Profumo, S. (2025). Dark baryon black holes. Physical Review D, 111(9), 095010.

    -UC Santa Cruz. Nuove teorie sull’origine della materia oscura indicano un ‘mondo specchio’ e il bordo dell’universo.