La gravità potrebbe risolvere il mistero della materia oscura

La materia oscura costituisce oltre l’80% della massa dell’Universo: inizialmente ci si riferiva ad essa come alla “massa mancante” del cosmo, poi sono arrivati i telescopi spaziali e gli scienziati hanno iniziato finalmente a poter indagare sulla sua natura.

Il cerchio intorno alla materia oscura oggi si stringe: negli ultimi anni sono stati individuati diversi possibili candidati a rivelare il mistero della massa mancante dell’Universo. L’ultima affascinante ipotesi viene dall’Istituto di Fisica di Helsinki, e sembra risolvere in un colpo solo due dei più grandi interrogativi della cosmologia: la natura della materia oscura e la storia dell’inflazione cosmica.

Materia oscura e inflazione

La teoria dell’inflazione è una delle più note e accettate ipotesi tra quelle che spiegano la formazione dell’Universo per come lo conosciamo. Secondo le teorie inflazionarie, una frazione infinitesimale di secondo appena dopo il Big Bang (la stori), l’Universo ha attraversato una fase di espansione estremamente veloce e incredibilmente potente.

In quella frazione di istante, delle microscopiche fluttuazioni quantistiche si sono evolute nei mattoncini che avrebbero un giorno formato le stelle e le galassie, mentre l’Universo è cresciuto in maniera enorme (qualcosa come mille miliardi di miliardi di miliardi di volte).

Dopo l’inflazione, il cosmo era molto esteso e molto vuoto: tutto il contenuto dell’Universo compresso di prima era stato scagliato a distanze siderali, per diventare l’orizzonte che oggi conosciamo. Quel che ancora non è chiaro è cosa abbia generato l’inflazione. Tra le teorie più accreditate vi è l’azione dell’inflatone, un campo di energia che da solo avrebbe provocato la drastica espansione dell’Universo: da miliardi di volte più piccolo di un atomo fino alla dimensione di un pallone da calcio.

Il nuovo studio di Lebedev e Yoon sembra mettere in connessione due dei misteri della cosmologia dei nostri giorni: la storia dell’inflazione e la natura della materia oscura.

Tutte le particelle conosciute, comprese quelle che compongono la materia oscura, si devono essere infatti originate alla fine dell’inflazione. E la soluzione al mistero sulla natura della particella sconosciuta che costituisce la massa mancante dell’Universo potrebbe risiedere proprio nelle forze in gioco in quel momento.

Un nuovo candidato: il gravitone

Se la materia oscura è ancora sconosciuta, è perché è quasi impossibile intercettarla: sono ormai decenni che si cercano evidenze dirette di interazione con la materia ordinaria, ma a quanto pare la materia oscura non comunica con quella barionica.

Se la materia oscura però non interagisce affatto con quella ordinaria, perde in parte di senso l’idea che si sia formata nello stesso momento e durante lo stesso processo da cui è originato l’Universo “ordinario”. Secondo l’ipotesi di Lebedev e Yoon, la materia oscura non è stata prodotta come il resto del cosmo: alla fine dell’inflazione, appena prima la formazione delle particelle che conosciamo, l’inflatone deve aver attraversato una fase di scuotimento paragonabile “a una palla che è appena caduta giù da una collina”.

La fase a cui si riferisce lo studio è quella che nel processo di decadimento dell’inflatone viene chiamata di pre-riscaldamento: in questa fase la gravità potrebbe aver giocato un ruolo fondamentale, grazie alla particella che la trasporta, il gravitone.

Secondo il nuovo studio, il gravitone potrebbe aver partecipato al processo della prima espansione cosmica nella fase di pre-riscaldamento, creando le condizioni per cui l’inflatone potesse decadere in particelle di materia oscura. Quest’ultima si sarebbe dunque formata ben prima di quella ordinaria, quando ancora il campo energetico che aveva scatenato la drastica estensione dell’Universo non si era dissolto.