Lisa Randall, “ L'universo invisibile”


di Valeria Fieramonte

Universi invisibili: come la materia oscura è implicata nell'estinzione dei dinosauri. Come è fatto il nostro universo e perchè le estinzioni di massa sono ricorrenti.

C'è un legame tra la materia oscura dell'universo e la scomparsa dei dinosauri? Lisa Randall, forse la più grande fisica delle particelle vivente, sostiene di sì.
Nel suo ultimo interessantissimo libro “ L'universo invisibile” Il saggiatore, pp428, 26 euro, fa il punto su ciò che finora si è scoperto circa il nostro universo,  la Via Lattea e il sistema solare.
La maggior parte delle scoperte in questo campo occupa un arco di tempo recente ed è in continua evoluzione. Davvero davanti a noi si apre – non solo per merito del telescopio Hubble – il miracolo di una visione sempre più chiara del 'dove viviamo'.
  Dunque prima di tutto l'arco di tempo: l'Universo ha circa 13,8 miliardi di anni, mentre il sistema solare si è formato molto tempo dopo, ha 'solo' 4,6 miliardi di anni.
  I dinosauri si sono estinti 66 milioni di anni fa, ma solo negli anni '80 del secolo scorso i geologi hanno capito perchè. E solo negli anni '90 gli scienziati hanno scoperto gli asteroidi della 'fascia di Kuiper' ( tra Nettuno e  Plutone).
Il collegamento tra oggetti extraterrestri e estinzioni è divenuto invece più credibile da quando i primi astronauti hanno messo piede sulla luna e tutti hanno potuto osservare da vicino i crateri prodotti  dagli impatti delle comete.
Ancora oggi la terra viene di continuo colpita da oggetti provenienti dallo spazio esterno: in genere si tratta di grossi sassoni di pochi metri, che esplodono in aria, ma la meteora caduta a Chixulub ( golfo del Messico) misurava tra i 10 e i 15 km...

E che dire della velocità dei cambiamenti? Per i poveri bestioni del passato è stata certo repentina, e non ha lasciato scampo. Ma avevano dominato la terra per oltre 200 milioni di anni, nonostante il loro cervello piccolo e rudimentale. Per quanto invece ci riguarda come specie umana, la probabilità di morire a causa di qualche grosso sasso spaziale vagante è del tutto insignificante, mentre la velocità dei cambiamenti ambientali e delle estinzioni di piante e animali da noi stessi prodotta potrebbe per vari aspetti avere un impatto paragonabile alle vecchie estinzioni di massa osservate milioni di anni fa.
 
Per le antiche estinzioni entra in gioco la materia oscura: costituisce l'85% della materia dell'universo, mentre la materia visibile, come quella contenuta in tutte le stelle, nei gas, nei pianeti  e nelle persone rappresenta solo il 15%. Molto poco, in termini di conoscenza.
Non ha senso, pensa la Randall, dedicare tanta attenzione a una parte di materia così piccola solo perchè si vede...La materia oscura è molto più interessante. Ci sono prove ormai quasi incontrovertibili che le estinzioni di massa e i grossi impatti di meteore si verificano a intervalli regolari di circa 30 milioni di anni, e che ci sono state finora 5 principali estinzioni di massa, tra cui la più nota è quella che uccise i dinosauri.
Come mai sappiamo così poco della materia oscura? Appunto perchè non la vediamo, e per riuscire a capire le cose dobbiamo poterle guardare e sapere che cosa guardiamo e come farlo. Eppure pare che miliardi di particelle di materia oscura ci attraversino in ogni secondo, senza che noi ce ne accorgiamo, e che abitino persino nel nostro organismo. Un po' come o batteri, che occupano quasi il 2% della nostra massa: solo che quelli li vediamo, beh, si fa per dire, li vediamo al microscopio... Mentre la materia oscura continua a latitare nel buio. Non possiamo neanche annusarla e per essere precisi non è neppure oscura: è trasparente! Ma siccome non emette luce e neanche la riflette in questo senso si può dire che è oscura.
La materia oscura non va neanche confusa con i buchi neri, quei grandi agglomerati di milioni di soli che a causa dell'enorme forza di gravità intrappolano la luce impedendole di uscire ( uno dei quali sta al centro della nostra galassia.)
Il primo ad accorgersi che doveva esistere della  materia in più è stato un astronomo tedesco, Fritz Zwicky, nel 1933. Studiando la velocità di alcune galassie nell'Ammasso della Chioma, calcolò che per stare insieme tale ammasso aveva bisogno di una forza gravitazionale 400 volte superiore a

quella prodotta dalla materia visibile.  Il '33 fu l'anno dell'avvento di Hitler al potere, e nessuno fece caso alla sua scoperta, ma da allora questa materia in più invisibile fu chiamata oscura ( dunkle in tedesco.)
  A riprendere gli studi in merito fu negli anni '70 una donna, Vera Rubin, che studiando la galassia di Andromeda ( la nostra vicina di casa più prossima, rispetto alla Via Lattea ) scoprì che la velocità di rotazione delle stelle era pressochè la stessa a ogni distanza dal centro della galassia: che cosa le teneva insieme così ordinatamente da impedire loro di disperdersi?

DOVE ABITIAMO?
In una regione ampia 300 anni luce detta 'Bolla locale”, dentro il mezzo interstellare posto nel braccio di Orione della Via Lattea.

 La Via Lattea ha 4 grandi bracci a spirale e forse due più piccoli ed è a forma di disco relativamente piatto ( un po' come i 'petali' di una girandola).  Non è neanche molto grande: ha solo un trilione di masse solari ( ci sono galassie anche con cento trilioni di masse solari...). Questo enorme disco di gas e milioni di stelle misura 130 mila anni luce in orizzontale e duemila anni luce in verticale ( piatta sì, ma nelle dovute proporzioni...) Al suo centro c'è un buco nero di circa 4 milioni di masse solari ( chiamato a volte sagittario A). Attorno al buco nero c'è un bulbo  luminosissimo di masse solari in attesa di essere inghiottite...Poi c'è la materia oscura sparsa un po' ovunque a formare un alone sferico di 650mila anni luce ( molto più grande dunque della Via Lattea visibile)

 Un anno galattico è piuttosto lungo: il sole, una sfera di gas caldo e denso,  ci mette più di 240 milioni di anni a fare il giro attorno alla galassia, alla velocità di 220 km al secondo. Sono velocità siderali, ma di questa  enorme velocità noi neppure ci accorgiamo, perchè ci muoviamo in sincronia. Il raggio del piano orbitale misura 26mila anni luce, ma la maggior parte delle stelle e del gas circostante si trova in un disco sottile del diametro di 130mila anni luce e dello spessore di 2000 anni luce. Il sistema solare nel girare attorno alla galassia oscilla anche in direzione verticale coprendo una distanza molto più piccola di 200 anni luce . Oscillando il sistema solare incontra ambienti diversi...

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Ed è proprio così oscillando che incontra forze gravitazionali di marea più intense: quelle che possono perturbare le comete.
Assieme al sole si sono formati i pianeti, 4 terrestri ( Mercurio, Venere, Terra e Marte) e 4 gassosi ( Giove, Saturno, Urano e Nettuno). Plutone invece, nel 2006, è stato retrocesso dall'Assemblea dell'Unione Astronomica Internazionale che ha deciso che è troppo piccolo per essere rilevante, ma in pochi se ne sono accorti.
Ma quali sono i confini del sistema solare?E dove termina l'attrazione gravitazionale del sole?
Ancora non si sa, perciò si è calcolata una distanza di circa 150 miliardi di km, circa 100 UA, dove si sa che termina il campo magnetico associato al vento solare...
UA significa unità astronomica: sono 150 milioni di km, grosso modo la distanza tra il sole e la terra.
La fascia di Kuiper scoperta non molto tempo fa nello spazio oltre Nettuno, dista tra le 30 e le 55 UA dal sole e i calcoli degli astronomi portano a pensare che in questa fascia potrebbero esserci

anche 100 mila oggetti di diametro anche superiore ai 100 km.
Oltre la fascia di Kuiper si estende il 'Disco diffuso' e la nube di Oort, un'area vastissima che copre la distanza tra il sole e la stella più vicina, Proxima Centauri.
In questo spazio infinito, la NASA nel 1977 ha lanciato la sonda Voyager 1, che ha viaggiato per più di 125 UA dalla terra. E' ancora operativa ed è l'oggetto umano più distante dal sole. Nel 2012 la NASA ha annunciato che la sonda è entrata nello spazio interstellare, superando i confini del sistema solare, ma non è ancora neanche entrata nelle nube di Oort: per farlo le ci vorranno altri 300 anni di viaggio. Dentro la sonda c'è un disco d'oro con incise in 49 lingue diverse alcune informazioni di base sulla società umana, nel caso qualche alieno passi dalle sue parti: la sua concezione è molto americanocentrica, e di info sull'Italia non ce n'è. Anzi sì, mi pare di ricordare ci sia una foto del Colosseo...

COMETE, ASTEROIDI e MATERIAOSCURA

Il romanzo giallo di come gli scienziati hanno scoperto il cratere di Chixulub nello Yucatan ( Golfo del Messico), vale da solo la lettura del libro. La meteora superava i 10 km, e il cratere che ha prodotto doveva essere di circa 200km. A causa degli incendi innescati su tutto il pianeta la terra deve essere letteralmente cotta, producendo una gran quantità di carbone e fuliggine. E' probabile siano sopravvissuti solo i microbi, unici esseri ad avere circa 3 miliardi di anni. E qualche animaletto che viveva ben riparato sotto terra e negli oceani...Perchè la terra tornasse ad essere  abitabile ci è voluto qualche milione di anni. Il termine cratere deriva dal greco: Krater era il recipiente dove gli antiche greci diluivano il vino, con tre quarti di acqua.
L'inizio della vita complessa sul nostro pianeta non data più di 540milioni di anni ( ma la fotosintesi per produrre ossigeno data da 2,5 mld di anni e per oltre un miliardo di anni, cioè prima dell'avvento degli alberi è stato un processo lentissimo).
Nel corso di questo periodo si calcola che ci siano state già 5 estinzioni di massa: 440 mln di anni fa ( ordoviciano) , 380 mln di anni fa (devoniano), 250 mln di anni fa (Permiano-triassico), 200 mln di anni fa ( tardo triassico)  e infine l'estinzione K-T ( cretaceo terziario) , quella dei dinosauri , 66 mln di anni fa, che ci avvince di più.
Oggi si parla di 6° estinzione: ce ne sono molti segnali, variazione di temperatura e acidità degli oceani, perdita massiccia di biodiversità, ma questa volta è per mano umana. Insomma stiamo accelerando da soli la nostra estinzione.' In questo siamo meno intelligenti dei dinosauri, - commenta Lisa,-  che hanno abitato il pianeta per un periodo molto più lungo di quello che noi abbiamo la probabilità di raggiungere e quando sono scomparsi non è stato per colpa loro'.
Nel periodo del cretaceo ( 145 milioni di anni fa fino al fatidico 66 milioni di anni) comparvero uccelli, rettili volanti, e le piante ginko, cicadine, conifere, sequoie, cipressi e tassi: quando osserviamo uno di questi alberi pensiamoci. Sono molto più antichi di noi.
Ma che cosa c'entra la materia oscura con l'estinzione dei dinosauri?
Per catturare il gravitone ( ma lei non ne parla mai) o comunque le particelle di cui deve essere composta – si era pensato anche al bosone di Higgs ma come è noto da questo punto di vista è stato un buco nell'acqua – si studiano sia particelle che interagiscono debolmente ( le Wimps), sia  oggetti massivi compatti provvisti di alone, ovvero buchi neri, stelle di neutroni e mane brune, tutti insieme definiti ' Macho'. (Del resto i fisici sono in gran parte uomini.)
Per vedere nell'oscurità si sono costruite grandi macchine. La più nota è il LHC che ha sede a Ginevra, ma c'è anche l'esperimento DAMA sotto il Gran Sasso, il Fermilab di Chicago e soprattutto il satellite Fermi per la rilevazione dei raggi gamma , gli spettrometri, il Virgo di Pisa, ( di cui lei non parla), i rilevatori criogenici e tanto altro.
Lisa Randall ha cercato un'immagine femminile per definire le sue ipotesi e ha parlato di
'La tavola di Marta'.
Parte dal presupposto che quando si organizza una cena non si apparecchia solo con i coltelli,( il riferimento è al rasoio di Occam) ma con tutto il necessario perchè un pasto sia dignitoso ( usa proprio questo termine).
Ovvero bisogna, nella scienza come altrove, seguire un principio organizzativo di base:
e se, ipotizza la Randall, la materia oscura fosse composta da molti tipi di particelle? E se per divertimento chiamassimo luce oscura la forza interagente della materia oscura e i suoi effetti di colla planetaria 'magnetismo oscuro'? E se fosse più densa di quanto pensiamo e dunque si annichilasse più del previsto? Una delle conseguenza sarebbe un disco molto denso di materia oscura incollato al disco visibile galattico, e molto più sottile del disco visibile....
Quando il sistema solare nel suo andar su e giù per il piano galattico passa attraverso questo disco oscuro si innescherebbero possibili perturbazioni delle orbite delle comete e qualche corpo ghiacciato della nube di Oort potrebbe precipitare verso il sistema solare interno entrando in rotta di collisione con i pianeti. Lo si è già visto in modo impressionante nel 1994, quando la cometa Shoemaker -Levi è andata a schiantarsi su Giove producendo una nube grande come la terra....

CONCLUSIONE IMPORTANTE

Può darsi che , magari tra 30 milioni di anni, qualche grosso pietrone ci cadrà sulla testa dallo spazio interstellare, dopo un viaggio di qualche migliaio di anni. Ma sono più preoccupanti i cambiamenti che una popolazione umana in rapida espansione apporta quando sfrutta troppo voracemente le risorse della terra. L'impatto potrebbe anche essere paragonabile a quello di una cometa lenta, con la differenza che questa volta a causare l'impatto saremmo noi. I cambiamenti che stiamo apportando sono una minaccia per il nostro ambiente e la velocizzazione di tutto innescata anche dalle nuove tecnologie è dannosa alla nostra specie. La Randall è preoccupata soprattutto per i geologi, che a furia di scavare pozzi per trovare petrolio potrebbero un domani essere individuati come alcuni tra i principali colpevoli...

15 Marzo 2017