Passiamo Al Lato Oscuro – Volume I

8 Giugno 2026Matteo Agati15 min di lettura

Secondo lo psichiatra e psicoanalista svizzero Carl Jung (1875-1961), “Passare al lato oscuro” vuol dire accettare la propria personalità in tutte le sue possibili sfaccettature, anche quelle più in ombra che ciascun individuo considera incompatibili con l’immagine idealizzata che ha di sé e che, pertanto, tende a nascondere.

Nella saga di “Star Wars” tale concetto trova conferma nella trasformazione di Anakin Skywalker, il quale sceglie di abbracciare la propria oscurità per ottenere il potere necessario a salvare i suoi cari. Tale evento lo porterà a diventare Darth Vader, una delle figure più celebri delle guerre stellari, nonché icona pop tra le più amate di sempre.

Il cosmo sta pian piano lasciando trasparire i propri segreti, merito anche del progresso scientifico che sta portando alla progettazione di rilevatori ultra-sensibili in grado di intercettare quella che i fisici definiscono materia oscura, attualmente stimata in circa l’80 % della massa del nostro Universo. Nonostante costituisca una porzione vastissima dello spazio che ci circonda, la materia oscura mostra una natura ed un’organizzazione particellare in buona parte ignote per la comunità scientifica, lasciando numerosi nodi irrisolti. A sua volta, questa materia anti-convenzionale si affianca ad una forma di energia, anch’essa oscura.

Dimostrare l’esistenza di queste entità astratte è fondamentale poiché avrebbe conseguenze in svariati settori: dai computer quantistici, alle diagnosi mediche di precisione (imaging a bassissima energia) fino alla crittografia per le comunicazioni.

Ma cosa rappresenta questa nuova frontiera della scienza, a metà strada tra la fisica subatomica e l’astrofisica? Analizziamo insieme il legame tra materia oscura ed energia oscura!

Storia della Materia Oscura

Si ritiene che il nostro Universo sia nato 13,7 miliardi di anni fa. A quell’epoca tutta la materia che lo costituiva era concentrata in un unico punto di massa quasi infinita che, in seguito ad una gigantesca esplosione cosmica, nota come Big Bang, ha iniziato ad espandersi piuttosto rapidamente (vedi Figura 1). Quest’Universo primordiale era caratterizzato da particelle prive di massa ed estremamente energetiche, in moto a velocità elevatissime. Nel corso di milioni di anni, tali particelle decelerarono arrivando ad urtarsi e formando gli atomi che, sotto l’effetto della forza di gravità, si aggregarono a costituire le stelle, i pianeti, gli asteroidi e tutto ciò che appare visibile nel nostro Universo sotto forma di corpi materiali. Oltre a questa porzione tangibile di materia si formò anche un’altra parte, detta oscura.

Ma come siamo passati da particelle relativistiche fondamentalmente prive di massa e simili alla luce a dei freddi conglomerati di materia oscura che danno consistenza alle galassie?

**Figura 1:** Evoluzione temporale del nostro Universo dal Big Bang ai giorni nostri (Fonte: Wikipedia. org).

La prima definizione di materia oscura risale al 1933, coniata dell’astronomo svizzero Fritz Zwicky (1898-1974). Lo scienziato (riportato in Figura 2) osservò numerose galassie all’interno dell’ammasso della Chioma di Berenice e della Vergine. Nel tentativo di stimare la loro massa, individuò una porzione di materia invisibile, da lui chiamata “oscura”, oltre a quella visibile propria delle stelle luminose tradizionali ivi individuate. Scoprì che le galassie si muovono più rapidamente del previsto rispetto ad un sistema gravitazionale basato su di una massa totale pari a quella “visibile”.

**Figura 2:** Il Padre della Materia Oscura, l’astrofisico svizzero Fritz Zwicky immortalato in una celebre foto (Fonte: zwickymeeting. ch).

Nel nuovo millennio, il 21 Agosto 2006, la NASA ha dichiarato di aver trovato prove tangibili della presenza della materia oscura attraverso lo studio dei dati immortalati dal telescopio spaziale Chandra, che era stato in grado di filmare lo scontro tra due ammassi di galassie.

All’inizio del 2007 i dati del telescopio Hubble hanno consentito agli astronomi del Cosmic Evolution Survey e dell’Hubble Space Telescope di mappare la materia oscura. Sono giunti alla conclusione che la materia tradizionale si affianca a quella oscura e che quest’ultima è anche presente ove non esiste materia visibile.

Nel 2008 un gruppo di ricercatori francesi e canadesi dell’Istituto di Astrofisica di Parigi, utilizzando il telescopio Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT), ha catturato dal monte Mauna Kea migliaia di immagini, dove si è potuto osservare che la luce subisce deviazioni persino in punti in cui non sono presenti masse visibili.

Il 3 Aprile 2013 l’esperimento Alpha Magnetic Spectrometer, effettuato sulla Stazione Spaziale Internazionale, ha evidenziato un eccesso di positroni ad alta energia nei raggi cosmici. Tra i principali indiziati dell’accaduto vi è la fatidica materia oscura.

Nel corso dell’ultimo anno i dati del telescopio spaziale a raggi gamma della NASA Fermi mostrerebbero delle prime prove concrete della materia oscura all’interno della nostra galassia. Il team guidato dall’astronomo giapponese Tomonori Totani ha rilevato radiazioni gamma estremamente energetiche diffuse in una sorta di alone verso il centro della Via Lattea (come riportato in Figura 3). Queste emissioni non potrebbero associarsi ad altri fenomeni astronomici tradizionali, da qui l’ipotesi che si tratti di una zona della galassia con una presenza significativa di materia oscura.

**Figura 3:** Mappa dell’ intensità dei raggi gamma (escludendo le componenti diverse dall’ alone), diffusa per circa 100 gradi nella direzione del centro galattico. La barra grigia orizzontale corrisponde all’ area del piano galattico che è stata esclusa dall’ analisi per evitare forti radiazioni astrofisiche (Fonte: u-tokyo. ac. jp).

Segue poi l’immagine a raggi X del satellite ROSAT, dove appare una nube di gas “caldo” di colore rosa che emette una debole quantità di raggi X (come si può osservare in Figura 4). Per poter tenere confinato tale gas, vi deve essere una forte attrazione gravitazionale, non spiegabile con l’insufficiente contributo dato dalle galassie visibili. Anche in questo caso, si parla di materia oscura diffusa tra le galassie di un ammasso.

**Figura 4:** Immagine a raggi X catturata dal satellite ROSAT e sovrapposta ad una fotografia di un gruppo di galassie (Fonte: scienzagiovane. unibo. it).

Proprietà della Materia Oscura

La materia ordinaria con cui interagiamo abitualmente (esseri viventi, stelle e galassie) rappresenta appena il 5 % del contenuto energetico dell’Universo, mentre il restante 95 % è ricoperto dal “lato oscuro” del cosmo, ripartito a sua volta in circa il 27 % di Materia Oscura ed in circa il 68 % di Energia Oscura (come riportato nel grafico a torta in Figura 5).

**Figura 5:** Composizione energetica dell’Universo allo stato attuale (Fonte: researchgate. net).

Esiste un valore noto della densità di massa totale dell’Universo (indicato come Densità Critica) nell’ordine di $10^{-30} \frac{g}{cm^3}$. Tuttavia, la massa luminosa dell’Universo non è sufficiente a raggiungere tale parametro, motivo per cui deve esistere una forma di massa sconosciuta contrapposta a quella tradizionale.

La materia oscura non interagisce, se non debolmente, con la materia ordinaria. Una quantità significativa della materia presente nell’Universo è “invisibile”, poiché dotata di massa gravitazionale che non emette, né riflette la luce e, pertanto, non è osservabile dai nostri rilevatori che si basano sullo spettro elettromagnetico (di cui vi abbiamo parlato nell’articolo “Raggi-X Per Applicazioni Biomediche”).

È probabile che la materia oscura sia formata da particelle elementari dotate di massa, sebbene queste non trovino un riscontro nel Modello Standard delle Particelle Elementari (menzionato nell’articolo “Viaggio Nel Regno Quantico”). Poiché le particelle di materia oscura non presentano caratteristiche associabili ai modelli particellari tradizionali, gli scienziati si spingono a ricercarle in regioni di frontiera tra la fisica subatomica (le particelle elementari) e l’astrofisica (il nostro Universo).

Nel loro girovagare per la galassia, i raggi cosmici carichi portano con sé prove dell’esistenza della Materia Oscura che li costituisce. Sono formati principalmente da protoni e nuclei di elio, con una piccola frazione di ioni pesanti (ossia nuclei di atomi carichi positivamente o negativamente) ed elettroni. L’antimateria è presente in proporzioni esigue (meno dello 0,1 %) ed è formata principalmente da positroni ed anti-protoni. Se si riscontrasse una quantità massiccia di antimateria nel flusso di raggi cosmici avremmo una prova schiacciante della presenza di materia oscura.

Proprietà dell’Energia Oscura

Sappiamo che la materia ordinaria costituisce appena il 4 % della densità di energia totale dell’Universo, mentre materia oscura si annovera al 23 %. Il restante 73 % è rappresentato dall’Energia Oscura (la Dark Energy, DE), una forma di energia, la cui natura è al momento incerta e la cui esistenza è garantita dal modo in cui questa domina i meccanismi di evoluzione dell’Universo su distanze intergalattiche, tra cui quello di accelerare l’Universo e renderlo “piatto”, cioè far sì che la sua curvatura spazio-temporale sia nulla. Infatti, se si dimostrasse la presenza di materia oscura, automaticamente il principio di equivalenza di Einstein ($E = mc^2$) dimostrerebbe anche la presenza dell’energia oscura.

Lo scienziato tedesco introdusse una costante cosmologica in grado di rappresentare in maniera semplice l’energia associabile allo spazio vuoto e dunque, presente in ogni parte dell’Universo.

Materia ed energia oscura si manifestano nella fatidica forza gravitazionale:

la materia oscura contribuisce al campo gravitazionale totale che tiene unite le galassie ed i clusters. Lo misuriamo quando osserviamo la velocità delle stelle e dei gas o la deflessione della luce quando attraversa le particelle.
l’energia oscura è distribuita uniformemente e deforma lo spazio-tempo (vedi articolo “Applicazioni Energetiche Della Relatività”), provocando il fenomeno delle lenti gravitazionali. Quest’energia fa sì che galassie distanti accelerino lontano da noi e nel contempo “appiattisce” la geometria dello spazio.

In sintesi, l’energia oscura funge da gravità negativa, cioè tende a far espandere l’Universo (come schematizzato in Figura 6), contrapponendosi alla decelerazione dovuta all’attrazione gravitazionale della materia ordinaria e della materia oscura.

**Figura 6:** Modello di espansione dell’Universo basato sull’Energia Oscura (Fonte: scitechdaily. com).

A favore dell’energia oscura intervengono due fisici del Dartmouth college in un articolo recente pubblicato sulla rivista Phisical Review Letters, secondo cui la materia oscura risulterebbe dal precipitato di antichissime particelle simili a fotoni (e. g., luce cristallizzata o similari) che ha rilasciato un’enorme quantità di energia partendo a sua volta da un enorme quantità di massa e la cui traccia risiederebbe nella radiazione cosmica di fondo.

Le incongruenze nei moti delle galassie

Un’importante prova della necessità di introdurre la materia oscura è fornita dalle curve di rotazione delle galassie a spirale (come ad esempio NGC 1232, immortalata in Figura 7). Questa famiglia di galassie contiene numerose stelle poste su orbite quasi circolari attorno al centro.

La teoria della relatività prevede che più ci si allontana dal nucleo della galassia (dove la concentrazione stellare è alta), più le stelle ruotano lentamente, poiché la forza di gravità decresce con la distanza. Tuttavia, i dati sperimentali mostrano una situazione in disaccordo con tale teoria, poiché le stelle continuano a ruotare alla stessa velocità. Ciò implica che la massa racchiusa dalle orbite di raggio sempre più ampio aumenta anche per le stelle che sono sempre più prossime ai confini della galassia.

Questo fenomeno rappresenta un’ulteriore conferma del fatto che la materia ordinaria che costituisce il nucleo della galassia sia affiancata da un’altra forma di materia “invisibile” che consente alle stelle di muoversi alla stessa velocità anche nelle regioni periferiche.

**Figura 7:** Foto scattata il 21 settembre 1998 alla galassia a spirale NGC 1232, a 60 milioni di anni luce dalla Terra e con un limite di campo di circa 200.000 anni luce, quasi il doppio della grandezza della Via Lattea, la nostra Galassia.

Un ammasso di galassie rappresenta una struttura formata da centinaia o migliaia di galassie tenute insieme dalla gravità. Tanto più questo agglomerato è massiccio, tanto più rapidamente si muovono le galassie al suo interno, in modo non spiegabile con la sola materia visibile presente nell’ammasso.

È possibile determinare il moto relativo di ciascuna galassia di un ammasso attraverso la conoscenza della somma delle masse delle galassie che lo costituiscono. Dati alla mano, le velocità delle galassie risultano 400 volte superiori a quelle teoriche, indicando che l’ammasso è molto più “pesante” di quanto sembri.

Poiché le velocità orbitali normalmente misurate nelle regioni periferiche di una galassia a spirale sono nell’ordine di $200 \frac{Km}{s}$, se la galassia fosse composta esclusivamente dalla materia tradizionale, le stelle ivi presenti sfuggirebbero dalla galassia stessa, poiché le loro velocità orbitali sono quattro volte maggiori della velocità di fuga dalla galassia. Tale fenomeno di dispersione non è mai stato osservato, segno che a tenere unite le galassie periferiche debba esservi una massa oscura.

Conclusioni

La ricerca dell’ignoto ha da sempre accompagnato il genere umano che, ad un certo punto, si è voluto spingere oltre i confini della materia nota per abbracciarne una nuova forma, difficile da percepire e, pertanto, dichiarata oscura.

“Passare al lato oscuro” non vuol dire necessariamente spostarsi verso una dimensione più ombrosa del proprio essere, come accaduto nel caso di Darth Vader. Le Stelle Oscure, come vedremo tra qualche puntata, sono tra le più luminose che esistano e ci offrono prove concrete dell’esistenza della materia oscura (che forse poi tanto oscura non è). Secondo i popoli orientali non può esistere la luce senza un pizzico di buio e viceversa, come suggerito dal concetto universale di Yin e Yang. Le Stelle Oscure ne sono la prova più concreta.

Inoltre, comprendiamo che il fascino del vintage permea anche la volta celeste. Le recenti osservazioni dei telescopi spaziali unite all’intuito di qualche ricercatore dimostrano che ancora oggi il cosmo ci regala spettacoli suggestivi, anche se questi si sono verificati in tempi ed in luoghi molto lontani dai nostri. È proprio grazie a queste immagini che cerchiamo di delineare un quadro completo della storia dell’Universo e dei fenomeni che hanno portato allo sviluppo della vita sul Nostro Pianeta. Le Stelle Oscure, a discapito del nome, ci offrono quindi un messaggio di speranza.

Come direbbe l’astrofisico Stephen Hawking (1942 – 2018):

“Ricordati di guardare sempre in alto verso le stelle, e non giù verso i tuoi piedi. Cerca di dare un senso a tutto quello che vedi e sorprenditi per ciò che l’Universo rende possibile. Sii curios*. E per quanto difficile la vita possa sembrare, c’è sempre qualcosa che tu puoi fare ed in cui puoi riuscire. Ciò significa che non ti devi mai arrendere. Mai.”

Abbiamo stimolato la tua curiosità? Puoi saperne di più consultando le nostre fonti: