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Un Universo senza Newton?

Uno studio condotto dalle Università di Bonn e Strasburgo ha simulato per la prima volta il processo di formazione delle galassie in un Universo privo di materia oscura. Per creare questo modello al computer gli scienziati hanno dovuto modificare le leggi di Newton e la ricerca fornisce nuovi spunti per risolvere alcuni dei misteri della cosmologia moderna.

I cosmologi ipotizzano che la materia oscura non sia stata distribuita in modo uniforme nell’Universo dopo il Big Bang. Le zone più ricche di gas – in particolare –  hanno attirato una maggior quantità di materia a causa delle intense forze gravitazionali. Nel corso di diversi miliardi di anni di evoluzione questi accumuli di gas hanno contribuito alla formazione delle galassie che osserviamo oggi.

L’ingrediente fondamentale di questa teoria è la materia oscura responsabile dell’agglomerazione delle nubi di gas. Anche se non esiste ancora una prova diretta della sua esistenza i cosmologi hanno individuato diversi casi in cui essa potrebbe giocare un ruolo primario. Uno di questi riguarda la velocità di rotazione delle stelle nelle galassie rotanti: talmente elevata che dovrebbe provare l’espulsione di queste ultime. Questo fenomeno non si verifica in realtà e gli scienziati ritengono che la materia oscura possa fungere proprio da ‘collante’, impedendo l’espulsione.

Basandosi sulle evoluzioni di questi fenomeni gli scienziati hanno ipotizzato che il comportamento delle forze gravitazionali possa essere diverso da come previsto. Secondo la teoria denominata Mond ( Modified Newtonian Dynamics) l’attrazione tra due masse obbedisce alle leggi di Newton solo fino a un certo punto. Sotto accelerazioni molto basse, come nel caso delle galassie, diventa considerevolmente più forte. Questo è il motivo per cui le galassie non si disintegrano a causa della loro velocità di rotazione.

Ora gli scienziati hanno creato una simulazione che prevede la formazione di galassie in un universo governato dalla teoria di Mond. Nel dettaglio, le stelle e le galassie, sono state create al computer a partire da una nube di gas sviluppatasi diverse centinaia di migliaia di anni dopo il Big Bang. I risultati della simulazione sono vicini a quelli osservati con i telescopi a terra. Ad esempio la distribuzione e la velocità delle galassie generate dal modello seguono lo stesso schema, che può essere visto nel cielo notturno.

«La simulazione ha portato principalmente alla formazione di galassie a disco rotante come la Via Lattea e quasi tutte le altre grandi galassie che conosciamo – afferma Nils Wittenburg del team di Strasburgo –  le simulazioni della materia oscura, d’altra parte, creano prevalentemente galassie senza dischi di materia distinti, una discrepanza rispetto alle osservazioni che è difficile da spiegare».

I calcoli basati sull’esistenza della materia oscura sono molto sensibili ai cambiamenti di alcuni parametri, come la frequenza delle supernovae e il loro effetto sulla distribuzione della materia nelle galassie. Nella simulazione Mond, tuttavia, questi fattori non hanno avuto un ruolo principale.

«La nostra simulazione rappresenta solo un primo passo – conclude Pavel Kroupa del gruppo di Bonn – al momento i ricercatori hanno fatto ipotesi molto semplici sulla distribuzione originale della materia e sulle condizioni presenti agli albori dell’Universo. Ora dobbiamo ripetere i calcoli e includere i fattori di influenza più complessi. Solo allora potremo testare sul serio la validità della teoria Mond».

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