Le onde gravitazionali potrebbero aver creato la materia oscura nei primi istanti dell’universo
Le onde gravitazionali che hanno attraversato il cosmo nei suoi primissimi istanti di vita potrebbero aver fatto qualcosa di molto più importante che propagarsi nello spaziotempo: potrebbero aver generato la materia oscura. Sembra fantascienza, ma è quanto emerge da uno studio pubblicato su Physical Review Letters e condotto dal professor Joachim Kopp della Johannes Gutenberg University di Magonza, insieme alla dottoressa Azadeh Maleknejad della Swansea University. Un’ipotesi affascinante, e per certi versi audace, che apre una strada del tutto nuova nella comprensione di uno dei misteri più ostinati della fisica moderna.
Il punto di partenza è semplice da enunciare, anche se profondamente complesso: tutto ciò che si può vedere, dai pianeti alle stelle, dalla Terra alla vita che la abita, rappresenta appena il quattro percento dell’universo. Il resto è fatto di energia oscura e di materia oscura, quest’ultima responsabile da sola di circa il 23 percento del totale. La materia oscura tiene insieme le galassie, modella le strutture cosmiche su larga scala, eppure nessuno sa ancora di cosa sia fatta. Decenni di esperimenti e teorie non hanno ancora fornito una risposta definitiva.
Un meccanismo mai esplorato prima
Ecco dove entrano in gioco le onde gravitazionali. Di solito si pensa a queste increspature dello spaziotempo come al prodotto di eventi catastrofici: collisioni tra buchi neri, fusioni di stelle di neutroni. Ma esiste un’altra famiglia, meno nota e molto più sottile. Sono le cosiddette onde gravitazionali stocastiche, generate da processi diffusi avvenuti nelle prime fasi dopo il Big Bang. Transizioni di fase nell’universo che si stava raffreddando, campi magnetici primordiali, fenomeni che non coinvolgono oggetti massivi ma che permeano il tessuto stesso del cosmo.
Secondo lo studio, queste onde antichissime avrebbero potuto convertirsi parzialmente in particelle. In particolare, avrebbero dato origine a fermioni inizialmente privi di massa o quasi, una classe di particelle che comprende elettroni, protoni e neutroni. Questi fermioni, col passare del tempo, avrebbero acquisito massa e si sarebbero evoluti fino a diventare le particelle di materia oscura che oggi pervadono l’universo.
«Abbiamo indagato la possibilità che le onde gravitazionali, ritenute onnipresenti nell’universo primordiale, possano essersi parzialmente convertite in particelle di materia oscura», ha spiegato Kopp. «Questo porta a un meccanismo di produzione della materia oscura che non era mai stato studiato prima».
Cosa succede adesso
Il prossimo passo, secondo i ricercatori, è andare oltre le stime analitiche e passare a simulazioni numeriche più precise. L’obiettivo è raffinare le previsioni e capire se questo meccanismo regge anche sotto un’analisi più rigorosa. Ma non finisce qui: Kopp ha accennato anche alla possibilità di esplorare altri effetti delle onde gravitazionali nell’universo primordiale. Per esempio, un meccanismo che potrebbe spiegare la nota asimmetria tra materia e antimateria, un altro grande enigma della fisica delle particelle.
La ricerca sulla materia oscura resta uno dei fronti più attivi e competitivi della scienza contemporanea. Se questa teoria venisse confermata, significherebbe che la risposta a uno dei misteri più profondi dell’universo era nascosta, letteralmente, nelle sue vibrazioni più antiche. Le onde gravitazionali, insomma, non sarebbero solo eco di eventi violenti, ma architetti silenziosi della struttura invisibile che sorregge tutto quello che esiste.
