Isaac Newton formulò la sua teoria della gravità come un’azione a distanza: un pianeta risente istantaneamente dell’influenza di un altro corpo celeste, indipendentemente dalla distanza che li separa. Questa caratteristica spinse Einstein a sviluppare la celebre teoria della relatività generale, in cui la gravità diventa una deformazione locale dello spaziotempo. Il principio di località afferma che un oggetto è influenzato direttamente solo dall’ambiente circostante: oggetti distanti non possono comunicare tra di loro informazioni in modo istantaneo; conta solo ciò che si trova qui in questo momento. Nel secolo scorso, con la nascita e lo sviluppo della meccanica quantistica, i fisici hanno scoperto che i fenomeni non locali non solo esistono, ma sono fondamentali per comprendere la natura della realtà. Ora un nuovo studio della Sissa – Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, pubblicato a fine maggio su The Astrophysical Journal, suggerisce che la materia oscura, uno dei componenti più enigmatici dell’universo, interagisca con la gravità in modo non locale. Secondo gli autori, i dottorandi Francesco Benetti e Giovanni Gandolfi e il loro supervisore Andrea Lapi, questa scoperta potrebbe fornire una nuova prospettiva per comprendere la natura ancora poco chiara della materia oscura.
La galassia nana Ngc 5949. Crediti: Nasa’s Goddard Space Flight Center/Jenny Hottle
La materia oscura è una componente fondamentale della natura: è responsabile della formazione delle strutture che osserviamo oggi nell’universo e circonda la materia luminosa nelle galassie, contribuendo al movimento delle stelle che osserviamo nel cielo. La natura della materia oscura è però ancora misteriosa, così come la sua interazione con la gravità, soprattutto nelle galassie più piccole. «Negli ultimi decenni la comunità scientifica ha compiuto un grande sforzo per comprendere questi fenomeni enigmatici, ma restano ancora molti interrogativi da risolvere. Per esplorare la natura della materia oscura e la sua interazione con la gravità potrebbe quindi essere necessario adottare un nuovo approccio», spiegano gli autori dello studio. La nuova ricerca della Sissa ha esplorato proprio questo interessante percorso.
Lo studio propone un nuovo modello di interazione non locale tra la materia oscura di una galassia e la gravità: «è come se tutta la materia presente nell’universo dicesse alla materia oscura di una galassia come muoversi», affermano gli autori. Per modellare questa non località, si è fatto uso del calcolo frazionario, uno strumento matematico sviluppato per la prima volta nel XVII secolo e che ha recentemente trovato applicazione in diverse aree della fisica. La potenza di questo calcolo non era mai stata testata in astrofisica. «Ci siamo chiesti se il calcolo frazionario potesse essere la chiave per comprendere la misteriosa natura della materia oscura e la sua interazione con la gravità e sorprendentemente i risultati sperimentali su migliaia di galassie di diverso tipo hanno mostrato che il nuovo modello descrive in modo più accurato il moto delle stelle rispetto alla teoria standard della gravità», spiegano gli autori. Questa non località sembra emergere come un comportamento collettivo delle particelle di materia oscura all’interno di un sistema confinato, risultando particolarmente rilevante nelle galassie di dimensioni ridotte. Una comprensione approfondita di questo fenomeno potrebbe portarci molto vicino a ciò che la materia oscura è realmente.
«Restano però ancora molte domande a cui rispondere», precisano gli autori. «Come emerge esattamente la non-località? Quali sono le sue implicazioni all’interno di strutture più grandi, come gli ammassi di galassie, o nel fenomeno della lente gravitazionale che ci permette di osservare oggetti celesti lontani?». Inoltre, sarà necessario riconsiderare il modello standard della cosmologia alla luce di questo nuovo meccanismo. «Ulteriori studi saranno condotti per esplorare tutte queste implicazioni e altre ancora. Non saremmo sorpresi di scoprire che altre domande irrisolte sull’universo potrebbero essere risolte dalla non-località appena proposta». Il progresso nella comprensione della natura della materia oscura rappresenta un passo significativo verso una migliore conoscenza del nostro universo. La ricerca continua a fornire nuove prospettive e ci avvicina sempre di più a una comprensione completa dei fenomeni che ci circondano.
Fonte: comunicato stampa Sissa
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “Dark Matter in Fractional Gravity I: Astrophysical Tests on Galactic Scales”, di Francesco Benetti, Andrea Lapi, Giovanni Gandolfi, Paolo Salucci e Luigi Danese