Passiamo Al Lato Oscuro – Volume IV

31 Agosto 2026Matteo Agati13 min di lettura

“ La velocità della luce è una cosa, ma l’ iperspazio è un’ altra”.

Obi-Wan Kenobi

Nella Saga di “Star Wars” la velocità superluminale si ottiene viaggiando nell’iperspazio, una regione alternativa del cosmo dove le leggi della fisica tradizionale possono essere raggirate, consentendo alle navicelle spaziali di superare il limite invalicabile della velocità della luce (circa 300.000 Km/s) previsto da Einstein nella Teoria della Relatività. Tramite l’iperguida, le astronavi sono in grado di percorrere distanze galattiche in tempi modesti.

Nella nostra realtà, muoversi più rapidamente della luce senza violare localmente la Relatività, sarebbe in principio possibile, come previsto dalla Fisica Teorica. Secondo tali modelli, bisognerebbe piegare lo spazio-tempo (contraendolo in avanti ed espandendolo all’indietro), ma ciò richiederebbe energia negativa, al momento mai dimostrata.
Secondo Einstein, i raggi di luce sono influenzati dalla gravità, sebbene ciò non sia percettibile nella vita di tutti i giorni e sia verificabile solo mediante osservazioni astronomiche. Nello specifico, grandi agglomerati di materia, come le galassie e gli ammassi di galassie, flettono leggermente la traiettoria dei raggi di luce. Osservando la luce proveniente da galassie lontane, si può dimostrare che la luce viene deflessa più di quanto la materia “visibile” sia in grado di spiegare.

Avrete capito che per proseguire sarà ancora necessario tirare in ballo una nostra vecchia conoscenza: la Materia Oscura. Scopriamo insieme come la materia “invisibile” (e la sua gravità) influenza la luce e come si comporta durante il fenomeno delle lenti gravitazionali.

L’effetto Doppler relativistico

L’effetto Doppler relativistico avviene quando una sorgente di radiazione elettromagnetica (la luce) che prova ad avvicinarsi a noi vede la sua luce “compressa” dal moto.
Comprimere un’onda vuol dire ridurre la sua lunghezza $\lambda$ (ossia la distanza tra due creste o due ventri consecutivi), con conseguente spostamento della gamma cromatica per l’onda in arrivo. Ad esempio, una luce in arrivo più “azzurra” tende ad essere spostata verso il blu. Al contrario, se la sorgente si allontana, la luce viene “allungata” e trascinata verso il rosso.
Dal confronto tra la luce ricevuta da ciascuna sorgente e quella attesa è possibile capire quanto risulti significativo lo spostamento verso il rosso o verso il blu (redshift o blueshift).

Quando si parla di galassie e stelle si studiano i colori a cui assorbono/emettono l’idrogeno e l’elio, due tra i gas maggiormente presenti nello spazio. In questo caso si parla di “redshift cosmologico” (come schematizzato in Figura 1), fenomeno che ha consentito allo scienziato Edwin P. Hubble di studiare l’espansione dell’Universo e ai cosmologi di teorizzare il Big Bang.

**Figura 1:** Come viene percepita la lunghezza d’onda $\lambda$ ‘ sulla Terra rispetto alla lunghezza d’onda originaria $\lambda_0$ per effetto del redshift cosmologico (Fonte: universetoday. com).

Nel campo dell’astrofisica il redshift di una sorgente è indicato con la lettera $z$ e ci offre una stima precisa di quanto sia stata allungata o accorciata una lunghezza d’onda (e. g. una lunghezza d’onda con redshift $z = 2$ è stata raddoppiata).
Per correlare il redshift cosmologico a quanto si sia espanso l’Universo nel frattempo è sufficiente aggiungere un’unità a $z$ . Ad esempio, se una galassia ha $z = 3$ , l’Universo è diventato quattro volte più grande da quando la luce è stata generata.

Nel capitolo precedente (leggi l’articolo “Passiamo Al Lato Oscuro – Volume III”) avevamo parlato del telescopio spaziale James Webb (James Webb Space Telescope, JWST) e di come questo sta portando prove tangibili dell’esistenza della Materia Oscura.
Un team di ricerca guidato da Cosmin Ilie ha studiato gli oggetti individuati da JADES, la Ricerca Avanzata Extragalattica Profonda del JWST, nell’area dell’Ultra Deep Field di Hubble (il campo di Hubble ultraprofondo). I corpi che ha osservato appaiono come delle singole palline sfocate di gas incandescente riscaldato dalla materia oscura.

JWST è stato concepito per operare specificatamente nell’infrarosso. Con valori di redshift intorno a 13 per due galassie individuate nell’immagine JADES, vuol dire che la luce emessa da tali corpi è stata allungata di 13 volte, con l’Universo che nel frattempo si è ingrandito di un fattore 14. Ciò conferma che la luce di tali galassie ha iniziato il suo viaggio a 330 milioni di anni dalla nascita dell’Universo. Stiamo cioè parlando delle prime vere galassie con le stelle primordiali. Questa luce concluse una fase cosmologica definita Epoca Oscura, in cui l’Universo neonato era dominato esclusivamente da gas in raffreddamento, postumo del Big Bang.

La “Croce di Einstein”

Già teorizzata nella Relatività Generale del 1915 (vedi articolo “Applicazioni Energetiche Della Relatività”), la Croce di Einstein è un effetto ottico che si verifica quando la luce di un oggetto molto distante (e. g., una galassia o un quasar, cioè un nucleo galattico attivo molto luminoso) viene deviata e “sdoppiata” dal campo gravitazionale di un oggetto massiccio interposto tra l’osservatore (sulla Terra) e la sorgente luminosa.
Tale corpo funge da “lente gravitazionale” (fenomeno di cui vi abbiamo parlato nell’articolo “Passiamo Al Lato Oscuro – Volume II” e schematizzato in Figura 2), scomponendo l’immagine della galassia più distante in quattro immagini distinte e disposte a forma di croce attorno ad esso.

**Figura 2:** Principio di funzionamento di una lente gravitazionale (Fonte: oggiscienza. it).

Il fenomeno rappresenta una conferma sperimentale della teoria di Einstein, il quale fu il primo a postulare l’esistenza di tali oggetti cruciformi. Tuttavia, lo scienziato tedesco era convinto che l’allineamento di due corpi celesti sufficientemente massivi per il concretizzarsi dell’evento fosse abbastanza improbabile e non approfondì più di tanto la ricerca.

Cosa differenzia una lente gravitazionale da una lente ottica?

Quando appare una lente gravitazionale, la gravità della galassia che si frappone tra la Terra e la sorgente luminosa deforma lo spazio-tempo attorno a sé. Si osserva una “curvatura” della luce provocata dalla galassia intermedia.
Infatti, al contrario di quanto pensava Newton, la gravità non è una “forza statica”, bensì una curvatura dello spazio-tempo provocata dalla massa e dall’energia e che si manifesta nelle galassie, nelle stelle, nei pianeti e nella luce stessa. In altri termini, lo spazio-tempo non è perfettamente piatto, poiché la gravità lo deforma e lo fa raggrinzire.

Per spiegarlo in modo semplice aiutiamoci con la Figura 3 ed immaginiamo un telo su cui poniamo una palla al centro che tende a farlo curvare. Ogni cosa che rotola sul telo segue il profilo allungato e curvo dovuto alla palla collocata in posizione centrale. Analogamente, se un oggetto è sufficientemente massiccio, lo spazio-tempo si deforma e si incurva attorno ad esso (e. g. il Sole, i buchi neri, etc.). La luce che percorre lo spazio-tempo segue una traiettoria curvilinea, uscendo dall’altra parte completamente diversa.

**Figura 3:** Comportamento dello spazio-tempo (Fonte: amsagrosseto. com).

Diversamente dalle lenti ottiche comuni, le lenti gravitazionali (siano esse galassie o ammassi di galassie), non concentrano la luce in un’unica immagine, bensì formano più immagini della stessa sorgente luminosa, come abbiamo visto. Fungono da “telescopi cosmici” poiché:

Amplificando la luce della sorgente (ingrandimento);
Consentono di studiare le proprietà di galassie molto lontane (troppo deboli per essere viste);
Allungano o curvano l’oggetto sorgente (distorsione);
Provocano immagini multiple.

Infatti, se l’allineamento è quasi perfetto, la luce può seguire diversi percorsi intorno all’oggetto massiccio, stampando più immagini di una stessa sorgente.

La “Croce di Einstein” modificata per effetto della Materia Oscura

Pochi mesi fa, i radiotelescopi NOEMA (Northern Extended Millimeter Array) ed ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) stavano osservando una galassia polverosa ricca di gas e distante 11.6 miliardi di anni luce, denominata HerS-3. All’improvviso, il fenomeno della Croce di Einstein si è verificato per effetto di un gruppo di quattro galassie più grandi e alcune più piccole, collocate a 7.8 miliardi di anni luce dalla Terra, che hanno fatto da lente. Tuttavia, la luce curvata dalle galassie intermedie in questo caso non si è divisa in quattro, bensì in cinque immagini visibili dalla Terra, come visibile in Figura 4.

**Figura 4:** La “Croce di Einstein” modificata osservata dai radiotelescopi NOEMA ed ALMA (Fonte: wired. it).

Inizialmente, il principale autore dello studio pubblicato sulla rivista “The Astrophysical Journal”, l’astronomo francese Pierre Cox dell’Università della Sorbona, pensava che si trattasse di un errore nell’elaborazione dei dati, ma ripetendo l’osservazione, il fenomeno persisteva.
I ricercatori hanno elaborato dei modelli al computer. Grazie al contributo del Dottor E. Borsato e del Prof. E. M. Corsini dell’Università di Padova hanno scoperto che la sola massa delle galassie visibili in primo piano non era sufficiente per provocare tale anomalia. I redshift fotometrici hanno consentito di modellare in dettaglio la distribuzione di massa luminosa e “non visibile” della lente.

Per spiegare quanto accaduto, l’astrofisico Charles Keeton della Rutgers University, coautore dello studio, è giunto alla conclusione che un significativo alone di materia oscura invisibile pari a circa 3 bilioni di masse solari e con un redshift di $z \sim 1$ attorno alle galassie-lente è stato in grado di curvare la luce e generare la quinta immagine centrale. Keeton conferma che la materia oscura, benché non possa esser vista, riesce ad influire su ciò che le sta intorno (traiettoria della luce inclusa) per mezzo della gravità.

Conclusioni

Con queste poche righe capiamo come la Materia Oscura sia una forza universale, in grado di piegare al suo volere anche la luce. Le “Croci di Einstein”, a metà strada tra scienza e fede per qualcuno, sono la raffigurazione più emblematica di tale fenomeno. L’aspetto meraviglioso è che con le osservazioni astronomiche di galassie lontane riusciamo ad unire due obiettivi della ricerca: quello di approfondire il dilemma circa le origini dell’Universo e quello di provare l’esistenza della materia oscura.
Cullati dalle certezze della Relatività di Einstein, siamo ad un passo dal tracciare una mappa dell’Universo sempre più dettagliata, dove il buio e la luce formano un connubio inscindibile, contribuendo a plasmare di giorno in giorno la nostra realtà.

L’influenza che la materia “invisibile” esercita sulla luce è ulteriormente accentuata nei buchi neri supermassicci, pozzi cosmici senza fondo dove polvere e gas si muovono vorticosamente attorno all’orizzonte degli eventi, il confine oltre il quale nulla riesce a sfuggire, neppure la radiazione luminosa. Non è dunque un mistero che i buchi neri saranno i protagonisti indiscussi del finale di questa lunga saga. Li scopriremo tra qualche settimana!

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