Un prototipo di sensore quantistico sviluppato all’Imperial College di Londra ha dimostrato qualcosa che finora esisteva solo sulla carta: la possibilità di eliminare il rumore di fondo e recuperare segnali debolissimi, aprendo scenari inediti nella ricerca sulla materia oscura e sulle onde gravitazionali generate agli albori dell’universo. Lo studio, pubblicato su Nature nel luglio 2026, rappresenta un passo avanti concreto verso una nuova generazione di strumenti capaci di esplorare porzioni del cosmo che oggi restano completamente invisibili.

Il cuore dell’esperimento ruota attorno a due nubi di atomi di stronzio ultrafreddi, misurate tramite un singolo laser ultrastabile. Si tratta di un sistema chiamato interferometro atomico a lunga base, uno strumento che sfrutta i laser per dividere e poi ricombinare nubi di atomi, rilevando variazioni minuscole nel loro movimento. Il problema, fino a oggi, era che il rumore generato dal laser stesso risultava enormemente più forte di qualsiasi segnale da cercare. Il gruppo di ricerca ha però dimostrato che confrontando due interferometri e cancellando il rumore condiviso, il segnale nascosto torna visibile, anche quando ciascun singolo strumento appare del tutto inutilizzabile. La cosa notevole è che il risultato raggiunge il limite fondamentale imposto dalla fisica quantistica, il che conferma che la tecnica funziona esattamente come previsto dalla teoria.

Dal laboratorio al cosmo: cosa cambia per la fisica fondamentale

Per rendere il test ancora più estremo, il team ha intenzionalmente iniettato nel sistema quantità di rumore molto superiori a quelle normali, simulando le condizioni che si incontreranno nei futuri rivelatori su scala molto più grande. In quelle condizioni, ogni singola misura appariva completamente caotica. Eppure, analizzando insieme i dati delle due nubi atomiche, il segnale emergeva con chiarezza. Il gruppo ha poi aggiunto un’oscillazione artificiale pensata per simulare l’effetto di un’onda gravitazionale o di un campo di materia oscura: anche in quel caso, il segnale restava perfettamente riconoscibile nell’analisi combinata.

Questo risultato non è un esercizio teorico fine a sé stesso. Fa parte del progetto AION (Atom Interferometer Observatory and Network), una collaborazione britannica guidata dall’Imperial College che punta a costruire strumenti sempre più grandi. AION lavora in sinergia con il progetto MAGIS al Fermilab negli Stati Uniti e con una proposta ancora più ambiziosa: l’esperimento AICE al CERN, che applicherebbe le stesse tecniche su distanze enormi, diventando potenzialmente uno dei più grandi esperimenti quantistici mai realizzati.

Una nuova finestra sull’universo invisibile

Richard Hobson, co-responsabile del laboratorio di stronzio ultrafreddo all’Imperial, ha spiegato che orologi atomici e interferometri atomici possono essere ripensati per aprire finestre completamente nuove sulle parti invisibili dell’universo. Il prototipo attuale è solo l’inizio: la sfida è scalare questa tecnologia fino a strutture di livello internazionale. Charles Baynham, altro co-responsabile del laboratorio, ha aggiunto un’immagine piuttosto suggestiva: non vede l’ora che arrivi il giorno in cui i segnali raccolti da un atomo racconteranno la fusione di un buco nero avvenuta milioni di anni fa.

Il punto, in fondo, è questo. La fisica ha bisogno di strumenti nuovi per rispondere alle domande più grandi. Di cosa è fatto l’universo? Esistono forme di materia che non riusciamo ancora a vedere? Questo sensore quantistico non fornisce ancora le risposte, ma dimostra che la strada per trovarle è praticabile. E che la tecnologia per percorrerla sta diventando reale, non più solo un’idea elegante scritta su una lavagna.

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Quella strana luminescenza di raggi gamma che avvolge il cuore della Via Lattea continua a far discutere astrofisici di mezzo mondo. E ora, grazie a una nuova analisi potenziata dal machine learning, la possibilità che si tratti di un segnale legato alla materia oscura torna prepotentemente in gioco. Un team di ricercatori dell’Università di Vienna e del Lawrence Berkeley National Laboratory ha rimesso in discussione le conclusioni di molti studi precedenti, e il risultato è stato pubblicato su Physical Review Letters alla fine di giugno 2026.

Il fenomeno in questione si chiama Galactic Center Excess (GCE): un alone diffuso e quasi sferico di raggi gamma che si estende per migliaia di anni luce attorno al centro galattico. Da oltre un decennio, la comunità scientifica si divide tra chi lo attribuisce a una popolazione nascosta di pulsar millisecondo, cioè stelle di neutroni che ruotano a velocità impressionanti emettendo radiazioni ad alta energia, e chi invece lo considera un possibile indizio della materia oscura che si autoannichila. Il problema è che nessuno è mai riuscito a mettere la parola fine al dibattito. Il centro della Via Lattea è una regione talmente affollata e luminosa nel cielo gamma che interpretare qualsiasi segnale diventa un esercizio quasi impossibile.

Cosa cambia con il nuovo approccio basato sull’intelligenza artificiale

Ed è proprio qui che entra in scena il lavoro del gruppo guidato da Florian List. Il team ha sviluppato un sistema di machine learning addestrato su oltre un milione di osservazioni simulate di raggi gamma. La vera novità, però, sta in un dettaglio che sembra banale ma non lo è affatto: per la prima volta, l’analisi ha valutato contemporaneamente sia la distribuzione spaziale del segnale sia l’energia dei singoli fotoni. Gli studi precedenti, in sostanza, guardavano solo dove arrivava il segnale, non come era fatto dal punto di vista energetico.

E i risultati cambiano parecchio. Le analisi passate suggerivano che il bagliore provenisse da sorgenti puntiformi relativamente luminose ma non ancora risolte individualmente. Con il nuovo metodo, invece, emerge che queste ipotetiche sorgenti dovrebbero essere così deboli da risultare praticamente indistinguibili dall’emissione che ci si aspetterebbe dalla materia oscura che si annichila. Come ha spiegato Nick Rodd, coautore dello studio, a quel livello di debolezza la distinzione tra le due spiegazioni diventa quasi irrilevante.

Il nodo delle pulsar e il futuro della ricerca

C’è poi la questione dei numeri. Se davvero le pulsar millisecondo fossero responsabili del Galactic Center Excess, secondo questa analisi ne servirebbero almeno 35.000 stipate nel centro della Via Lattea. Una cifra enorme, molto superiore alle poche centinaia o poche migliaia ipotizzate da altri studi. E questo rende la spiegazione basata sulle pulsar decisamente meno convincente di quanto sembrasse fino a poco tempo fa.

Nessuno sta gridando alla scoperta definitiva, va detto chiaramente. Lo stesso List ha sottolineato che il loro lavoro non dimostra che la materia oscura sia responsabile del segnale. Però indebolisce in modo significativo uno degli argomenti più forti che erano stati usati per escluderla. E in un campo dove ogni piccolo spostamento dell’ago della bilancia conta, questo è già un risultato notevole. La fonte del bagliore gamma al centro della Via Lattea resta per ora sconosciuta, ma la partita della materia oscura è tutt’altro che chiusa.

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Milioni di stelle che esplodono potrebbero presto raccontare qualcosa di fondamentale su una delle forze più misteriose dell’universo: l’energia oscura. Un gruppo di ricercatori guidato dall’Istituto di Scienze del Cosmo dell’Università di Barcellona ha messo a punto un framework chiamato CIGaRS, capace di analizzare le supernove di tipo Ia con una precisione che fino a poco tempo fa sembrava fuori portata. Lo studio, pubblicato su Nature Astronomy, promette di cambiare radicalmente il modo in cui gli astronomi misurano l’espansione dell’universo.

Le supernove di tipo Ia sono esplosioni stellari che si verificano quando una nana bianca raggiunge una massa critica e deflagra. Siccome queste esplosioni raggiungono tutte una luminosità intrinseca molto simile, gli scienziati le usano come “candele standard”: confrontando la luminosità reale con quella apparente dalla Terra, si possono calcolare distanze cosmiche enormi. Proprio grazie a queste misurazioni, alla fine degli anni Novanta, si è scoperto che l’universo non solo si espande, ma lo fa a un ritmo sempre più veloce. La causa di questa accelerazione viene attribuita all’energia oscura, che resta uno dei più grandi enigmi della fisica moderna.

Il problema, però, è che le supernove di tipo Ia non sono tutte perfettamente uguali. Negli ultimi vent’anni si è capito che la galassia ospite influenza la luminosità osservata. Una supernova che esplode in una galassia vecchia e massiccia può apparire leggermente diversa da una che si trova in una galassia giovane e meno massiccia. Finora, queste differenze venivano corrette con metodi piuttosto semplificati, il che limitava la precisione delle misure cosmologiche.

Come funziona CIGaRS e perché cambia le regole del gioco

Ecco dove entra in scena CIGaRS. Invece di trattare ogni variabile separatamente, questo framework costruisce un modello unificato che tiene conto di tutto in contemporanea: l’esplosione della supernova, la galassia in cui avviene, la polvere cosmica che ne altera la luce, i tassi di occorrenza nel corso della storia dell’universo e persino l’espansione cosmica stessa. Collegando tutti questi ingredienti in un unico schema statistico e fisico, emergono relazioni che i metodi tradizionali semplicemente non riescono a cogliere.

Per far funzionare un modello così complesso senza richiedere una potenza di calcolo impossibile, i ricercatori hanno sfruttato una tecnica nota come inferenza basata su simulazioni. In pratica, si generano enormi quantità di universi simulati, e poi una rete neurale impara a riconoscere come le osservazioni simulate si collegano alle proprietà fisiche che le hanno prodotte. Una volta addestrato, il sistema confronta le osservazioni astronomiche reali con le simulazioni e identifica i parametri più probabili. Questo rende possibile analizzare decine di migliaia di supernove contemporaneamente.

Un risultato particolarmente notevole è che CIGaRS riesce a determinare le distanze delle galassie (il cosiddetto redshift) con una precisione paragonabile alle misure spettroscopiche, ma usando solo dati fotografici. Questo è cruciale, perché l’Osservatorio Vera C. Rubin, attualmente in costruzione in Cile, identificherà milioni di candidati supernova nei prossimi anni, e circa il 99% di questi verrà osservato solo attraverso immagini in diversi filtri di colore, senza spettroscopia dedicata.

Verso una nuova era di scoperte cosmologiche

Come ha spiegato Konstantin Karchev, primo autore dello studio, il framework CIGaRS è stato progettato proprio pensando a questa sfida. A differenza di altri approcci che richiedono semplificazioni analitiche, questo metodo è in grado di estrarre tutta l’informazione cosmologica e astrofisica dai dati dell’Osservatorio Rubin, evitando le trappole dei bias di selezione e modellazione.

I benefici non si fermano alla misura dell’energia oscura. Il framework fornisce anche informazioni preziose sull’origine stessa delle supernove di tipo Ia, ricostruendo come i tassi di esplosione variano in base all’età delle stelle nelle diverse galassie. Secondo le stime dei ricercatori, questo approccio potrebbe migliorare i vincoli cosmologici fino a quattro volte rispetto ai metodi tradizionali basati su campioni limitati di supernove osservate spettroscopicamente.

Con l’Osservatorio Rubin pronto ad avviare un’indagine del cielo che durerà un decennio, strumenti come CIGaRS rappresentano esattamente il tipo di innovazione necessaria per trasformare una valanga di dati grezzi in risposte concrete sulle leggi fondamentali che governano il nostro universo.

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Quello che sappiamo sul cibo potrebbe essere solo la punta dell’iceberg. Anzi, a dirla tutta, gli scienziati stanno scoprendo che la stragrande maggioranza delle sostanze contenute negli alimenti che finiscono nei piatti di tutti resta ancora un mistero. Si parla di oltre 26.000 composti chimici presenti nella dieta quotidiana, a fronte di circa 150 nutrienti noti e studiati a fondo. Tutto il resto? È quello che i ricercatori hanno iniziato a chiamare materia oscura nutrizionale, prendendo in prestito un concetto dall’astronomia che calza a pennello.

La storia parte da lontano. Quando nel 2003 venne completata la mappatura del genoma umano, molti si aspettavano che quello sarebbe stato il momento della svolta per capire le malattie. E invece la genetica spiega solo il 10% circa del rischio. Il restante 90% dipende dall’ambiente, e la dieta gioca un ruolo enorme. A livello globale, una cattiva alimentazione è collegata a circa un decesso su cinque tra gli adulti sopra i 25 anni. In Europa, pesa per quasi la metà di tutte le morti cardiovascolari. Eppure, nonostante decenni di raccomandazioni su grassi, sale e zucchero, obesità e malattie legate all’alimentazione continuano a crescere. Qualcosa, evidentemente, sfugge.

Cos’è la foodomics e perché potrebbe cambiare tutto

Qui entra in gioco la foodomics, una disciplina che mette insieme genomica, proteomica, metabolomica e nutrigenomica per cercare di capire come il cibo interagisce con il corpo umano ben oltre il semplice conteggio delle calorie. E i primi risultati sono affascinanti. Prendiamo la dieta mediterranea, universalmente riconosciuta come protettiva contro le malattie cardiache. Ma perché funziona davvero? Un indizio arriva da una molecola chiamata TMAO, prodotta quando i batteri intestinali metabolizzano composti presenti nella carne rossa e nelle uova. Livelli alti di TMAO aumentano il rischio cardiovascolare. L’aglio, però, contiene sostanze che ne bloccano la produzione. Un esempio perfetto di come la materia oscura nutrizionale possa fare la differenza tra salute e malattia.

Anche il microbiota intestinale gioca una parte fondamentale. Quando certi composti raggiungono il colon, i microbi li trasformano in nuove molecole capaci di influenzare infiammazione, immunità e metabolismo. L’acido ellagico, presente in diversi frutti e nella frutta secca, viene convertito dai batteri in urolitine, sostanze che aiutano a mantenere in forma i mitocondri. Il cibo, insomma, è una rete intricata di reazioni chimiche che si influenzano a vicenda.

Verso una mappa completa del cibo

Progetti come il Foodome Project stanno tentando di catalogare questo universo nascosto. Finora sono stati identificati oltre 130.000 molecole, con collegamenti tra composti alimentari, proteine umane, microbi intestinali e processi patologici. L’obiettivo è costruire una sorta di atlante delle interazioni tra dieta e organismo.

C’è anche un aspetto che fa riflettere parecchio: il cibo può addirittura accendere o spegnere i geni attraverso l’epigenetica. Un esempio storico drammatico arriva dai Paesi Bassi durante la Seconda guerra mondiale. I figli delle donne che avevano sofferto la carestia risultarono più predisposti a malattie cardiache, diabete di tipo 2 e schizofrenia. A distanza di decenni, si scoprì che l’attività genetica di quei bambini era stata alterata da ciò che le madri avevano mangiato, o non avevano potuto mangiare, durante la gravidanza.

Restano aperte domande enormi. Perché certe diete funzionano per alcune persone e per altre no? Quali molecole del cibo potrebbero diventare la base per nuovi farmaci? La materia oscura nutrizionale è un campo ancora largamente inesplorato, ma la posta in gioco è altissima. Quello che finisce nel piatto non è solo energia e nutrienti: è un paesaggio chimico vastissimo che la scienza sta appena iniziando a decifrare.

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La energia oscura non è un’illusione. Dopo mesi di dibattito acceso nella comunità scientifica, una nuova ricerca ha messo a tacere i dubbi: l’espansione accelerata dell’universo è reale, solida e confermata dai dati. Chi sperava in un ribaltone cosmologico dovrà pazientare.

Tutto era partito alla fine del 2025, quando un gruppo di astronomi aveva pubblicato uno studio piuttosto provocatorio. La tesi era che le prove a sostegno dell’energia oscura, quella forza misteriosa che secondo i modelli attuali spinge l’universo a espandersi sempre più velocemente, si stessero indebolendo. Anzi, secondo quei ricercatori, l’accelerazione cosmica poteva essere addirittura un errore di misurazione. Un abbaglio. Qualcosa che aveva a che fare con il modo in cui vengono analizzate le supernovae di tipo Ia, quelle esplosioni stellari brillantissime usate come “righelli cosmici” per misurare le distanze nell’universo.

La comunità scientifica, com’è giusto che sia, ha preso sul serio quella sfida. E la risposta è arrivata dall’Università di Southampton, con uno studio pubblicato sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Tra gli autori figurano anche due premi Nobel per la fisica: il professor Adam Riess e il professor Brian Schmidt, che nel 2011 vinsero il Nobel proprio per aver scoperto l’accelerazione dell’espansione cosmica insieme a Saul Perlmutter.

Dove stava l’errore, allora?

Il team di Southampton, guidato dal dottor Phil Wiseman, ha riesaminato i dati con attenzione chirurgica. E ha trovato che lo studio del 2025 conteneva alcuni problemi metodologici significativi. Il primo: gli autori avevano trattato l’età della galassia ospite come se fosse la stessa età della stella esplosa come supernova. Che è un po’ come dire che l’età di una città corrisponde all’età di chi ci vive. Non funziona così.

Il secondo problema riguardava la mancata correzione per la massa delle galassie ospiti, un passaggio che nella cosmologia moderna è ormai prassi consolidata per ottenere misurazioni affidabili. Senza quella correzione, i risultati finivano inevitabilmente fuori strada.

Wiseman ha spiegato che la controversia nasceva da un fraintendimento dei dati, non da un problema con l’universo in sé. Le misurazioni precedenti, quelle già accettate dalla comunità scientifica, erano corrette. Il professor Riess ha aggiunto una considerazione che suona quasi come un principio guida: le affermazioni straordinarie richiedono verifiche particolarmente rigorose. E quando si calibrano le supernovae tenendo conto dei diversi ambienti e delle diverse popolazioni stellari, le prove dell’accelerazione cosmica restano notevolmente coerenti.

Un mistero ancora aperto, ma su basi solide

Attenzione però: il fatto che l’energia oscura esista non significa che la si comprenda davvero. Come ha sottolineato il professor Mark Sullivan, sempre dell’Università di Southampton, mettere in discussione le idee consolidate è una parte essenziale del progresso scientifico. Lo studio contestato, pur essendosi rivelato errato nelle conclusioni, ha comunque aperto nuove prospettive su come le supernovae esplodono e su come si possano affinare le misurazioni future.

Il coautore Brodie Popovic ha raccontato che il progetto è stato anche l’occasione per tornare a esaminare le assunzioni su cui si regge la cosmologia moderna. Il risultato? Sì, quelle assunzioni reggono. Gli strumenti di misura funzionano e ne viene tenuto conto nei calcoli cosmologici.

Resta il grande interrogativo di fondo: sapere che l’universo accelera è una cosa, capire perché lo fa è tutt’altra storia. L’energia oscura rappresenta circa il 68% del contenuto energetico dell’universo, eppure la sua natura rimane uno dei misteri più profondi della fisica. Almeno ora, però, la ricerca può concentrarsi sulla domanda giusta: non se esista, ma cosa sia davvero.

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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.

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La materia oscura potrebbe esistere in due forme diverse, e questa ipotesi sta facendo parecchio rumore nella comunità scientifica. Un nuovo studio pubblicato sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics propone un’idea tanto semplice quanto dirompente: se la materia oscura non fosse composta da un unico tipo di particella, ma da due tipi distinti che devono trovarsi a vicenda per produrre segnali rilevabili, si spiegherebbe finalmente un enigma che tiene svegli gli astrofisici da anni.

Il problema, in sostanza, è questo. Al centro della Via Lattea è stato rilevato un eccesso anomalo di raggi gamma, compatibile con l’annichilazione di particelle di materia oscura. Fin qui, tutto interessante. Peccato che nelle galassie nane, che pure dovrebbero essere piene zeppe di materia oscura, questo segnale non compaia da nessuna parte. E allora? Se davvero i raggi gamma provengono dalla materia oscura, perché non li vediamo ovunque?

Perché le galassie nane restano silenziose

Le galassie nane sono piccole, deboli, con poche stelle e pochissimo rumore di fondo. In teoria, rappresentano il laboratorio ideale per cercare tracce di materia oscura. Eppure niente, silenzio totale. Nei modelli tradizionali, questo fatto crea un bel grattacapo. Se la probabilità di annichilazione è costante, il segnale dovrebbe comparire sia nella Via Lattea sia nelle galassie nane. Se invece dipende dalla velocità delle particelle, allora il segnale non dovrebbe comparire proprio da nessuna parte, perché dentro le galassie le particelle si muovono lentamente.

Gordan Krnjaic, fisico teorico del Fermilab e tra gli autori dello studio, la mette così: la materia oscura potrebbe essere composta da due particelle diverse, e queste due particelle devono incontrarsi per annichilirsi. Se in una galassia come la nostra le due componenti esistono in proporzioni simili, le collisioni sono più probabili e il segnale emerge. Nelle galassie nane, invece, una delle due componenti potrebbe dominare sull’altra, riducendo drasticamente le possibilità di interazione. Risultato: nessun segnale rilevabile.

Un modello a due componenti che cambia le carte in tavola

Questo modello a due componenti è elegante perché non butta via nulla di quello che già sappiamo. Non serve inventare nuova fisica esotica né scartare l’ipotesi che la materia oscura sia responsabile dell’eccesso di raggi gamma nella Via Lattea. Semplicemente, aggiunge una variabile ambientale: l’equilibrio tra i due tipi di particelle cambia da galassia a galassia. Ed è proprio questa asimmetria a spiegare perché i segnali appaiono in certi posti e svaniscono in altri.

Le prossime osservazioni del telescopio spaziale Fermi saranno decisive. Dati più precisi sulle galassie nane potrebbero confermare o smentire questa idea. Se un giorno si dovessero rilevare raggi gamma anche in quei sistemi, significherebbe che il mix di materia oscura è presente anche lì, magari in proporzioni diverse. Se invece il silenzio continuerà, non sarà necessariamente una cattiva notizia: potrebbe semplicemente indicare che una delle due componenti scarseggia in quegli ambienti.

Lo studio, firmato da Asher Berlin, Joshua Foster, Dan Hooper e Gordan Krnjaic, apre una strada che vale la pena percorrere. Perché a volte, nel mondo della fisica delle particelle, la risposta giusta non è cercare un segnale più forte, ma capire perché in certi luoghi quel segnale proprio non vuole farsi trovare.

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Gli astronomi potrebbero aver trovato un indizio davvero prezioso sull’energia oscura, quella forza misteriosa che sta spingendo l’universo a espandersi sempre più velocemente. La scoperta ruota attorno a una supernova straordinariamente luminosa, esplosa più di 10 miliardi di anni fa, la cui luce è stata piegata e amplificata da una galassia in primo piano. Un fenomeno che ha permesso qualcosa di quasi incredibile: osservare momenti diversi della stessa esplosione cosmica in contemporanea.

Ma facciamo un passo indietro per capire perché questa osservazione è così importante. L’espansione accelerata dell’universo è uno dei grandi rompicapi della fisica moderna. Si sa che sta succedendo, lo dicono i dati raccolti negli ultimi decenni, eppure nessuno riesce ancora a spiegare davvero cosa la provochi. L’energia oscura è il nome che la comunità scientifica ha dato a questa componente invisibile che rappresenterebbe circa il 68% di tutto ciò che esiste. Solo che, appunto, non si riesce a “vederla” direttamente. Ogni nuovo indizio, ogni nuova osservazione che aiuti a misurarla con maggiore precisione, diventa quindi un tassello fondamentale.

Come funziona il trucco della lente gravitazionale

Qui entra in gioco un fenomeno previsto dalla relatività generale di Einstein: la lente gravitazionale. Quando la luce di un oggetto molto distante passa vicino a una galassia massiccia posta tra quell’oggetto e chi osserva, la gravità della galassia curva i raggi luminosi. Il risultato è che si creano immagini multiple dello stesso oggetto, come se lo spazio facesse da lente d’ingrandimento naturale. E non è solo un effetto estetico. La luce di ciascuna immagine percorre un cammino leggermente diverso, il che significa che arriva sulla Terra in momenti differenti.

Nel caso di questa supernova, gli scienziati hanno potuto analizzare diverse “istantanee” della stessa esplosione, catturate in fasi temporali distinte. È un po’ come avere una macchina del tempo puntata su un singolo evento cosmico. Confrontando i ritardi temporali tra le varie immagini, i ricercatori possono ricavare informazioni preziose sulla geometria dell’universo e, di conseguenza, sul comportamento dell’energia oscura nel corso di miliardi di anni.

Perché questa scoperta conta davvero

La portata di questa osservazione non va sottovalutata. Trovare una supernova così antica e così luminosa, per di più amplificata da una lente gravitazionale, è un evento raro. Le supernove lensate sono pochissime nella storia dell’astronomia moderna, e ognuna di esse offre un’opportunità unica per affinare le misurazioni cosmologiche. Più si riesce a guardare indietro nel tempo, meglio si comprende come l’energia oscura abbia agito nelle diverse epoche dell’universo.

Questa scoperta potrebbe non dare risposte definitive, almeno non subito. Ma aggiunge un pezzo importante al puzzle. E in un campo dove ogni dato nuovo può ribaltare le teorie consolidate, avere uno strumento di misura in più, per quanto lontano nel tempo e nello spazio, fa tutta la differenza del mondo.

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Quando si pensa allo spazio profondo, la mente va subito a galassie, stelle, nebulose. Eppure le regioni più interessanti dell’universo potrebbero essere proprio quelle dove apparentemente non c’è nulla. I vuoti cosmici occupano enormi porzioni del cosmo e, nonostante il nome, non sono affatto privi di contenuto. Anzi, è proprio lì dentro che si gioca una partita fondamentale per il destino di tutto ciò che esiste.

Partiamo da un esercizio mentale. Si prenda una di queste gigantesche regioni e si tolga tutto: materia ordinaria, neutrini, materia oscura, raggi cosmici, radiazione. Quello che resta sembra essere il nulla assoluto. E invece no. Resta il vuoto quantistico, che è tutt’altro che “vuoto” nel senso comune del termine. La fisica quantistica insegna che lo spazio è permeato da campi quantistici, strutture fondamentali che esistono ovunque, in ogni centimetro cubo dell’universo, fin dal Big Bang. Le particelle che conosciamo, dagli elettroni ai quark, non sono oggetti indipendenti: sono piuttosto increspature, vibrazioni di questi campi. Anche rimuovendo ogni singola particella, i campi resterebbero lì, silenziosi ma presenti.

Ed è qui che la faccenda si fa davvero affascinante. Questi campi contengono energia. Per il principio di indeterminazione di Heisenberg, il vuoto non può mai essere completamente privo di energia. Questa energia residua, per quanto piccola, è reale e misurabile. Ed è esattamente quello che i fisici chiamano energia del vuoto, o più comunemente energia oscura.

Dove l’energia oscura diventa protagonista

Nella vita di tutti i giorni, l’energia oscura è del tutto irrilevante. Sulla Terra la materia è così densa che il suo effetto non si nota minimamente. Se sparisse da un momento all’altro, una palla lanciata in aria seguirebbe la stessa identica traiettoria. Il pranzo nel microonde si scalderebbe esattamente allo stesso modo. Nessuno se ne accorgerebbe.

Lo stesso vale per buona parte del cosmo. Galassie, ammassi di galassie, filamenti e pareti della rete cosmica sono tutti ambienti dove la materia domina e l’energia oscura è praticamente ininfluente. Ma nei vuoti cosmici la situazione si ribalta completamente.

I vuoti cosmici sono regioni enormi, sostanzialmente svuotate di materia. E in assenza di materia, l’energia del vuoto diventa la forza dominante. Chi potesse trovarsi al centro di uno di questi vuoti sarebbe letteralmente immerso nell’energia oscura. È proprio lì, non nelle galassie o negli ammassi stellari, che avviene l’espansione accelerata dell’universo. Quella spinta misteriosa che allontana tutto da tutto non agisce nelle regioni dense: lavora nel silenzio apparente dei vuoti.

L’universo si sta lentamente smontando

E c’è di più. I vuoti cosmici non sono spazi statici. Stanno crescendo. L’energia oscura spinge lo spazio verso l’esterno, e i vuoti si espandono premendo contro la rete cosmica circostante. Nel corso di miliardi di anni, questo processo sta gradualmente separando le strutture su larga scala dell’universo. La splendida ragnatela di galassie, filamenti e ammassi che gli astronomi osservano oggi non durerà per sempre. Nell’arco dei prossimi cinque, dieci, venti miliardi di anni, la rete cosmica si dissolverà lentamente, stiracchiata dall’espansione inarrestabile dei vuoti.

Ecco perché dire che i vuoti cosmici sono “vuoti” è profondamente fuorviante. Sono privi di materia, certo, ed è così che gli astronomi li identificano e li misurano. Ma proprio quella mancanza di materia li rende i luoghi dove l’energia oscura regna incontrastata. Sono pieni di qualcosa di sottile, invisibile, eppure capace di influenzare il destino dell’intero universo.

Ovunque ci si possa trovare nel cosmo, che sia in una galassia affollata di stelle o nel cuore del vuoto più profondo e desolato, lo spaziotempo non è mai davvero deserto. I campi quantistici sono sempre lì, con la loro energia silenziosa. E nei vuoti cosmici, quella energia sta facendo qualcosa di straordinario: sta lentamente, inesorabilmente, smontando l’universo pezzo dopo pezzo.

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Una galassia fantasma quasi del tutto invisibile, composta per il 99% da materia oscura, è stata individuata grazie al telescopio spaziale Hubble della NASA. Si chiama CDG-2 e si trova a circa 300 milioni di anni luce da noi, nell’ammasso di galassie di Perseo. La cosa notevole è che non è stata trovata cercando stelle, ma seguendo una pista molto più sottile: quattro raggruppamenti densissimi di stelle, chiamati ammassi globulari, che hanno fatto da briciole di pane cosmiche.

La maggior parte delle galassie che conosciamo brilla con miliardi di stelle, illuminando porzioni enormi di universo. Ma esiste una categoria rara e sfuggente, le cosiddette galassie a bassa luminosità superficiale, talmente fioche da risultare quasi impossibili da rilevare. CDG-2 appartiene proprio a questa famiglia. Anzi, potrebbe essere una delle galassie più dominate dalla materia oscura mai identificate. Parliamo di una forma di materia che non emette luce, non la riflette e non la assorbe. Esiste, ha massa, esercita gravità, ma resta del tutto invisibile agli strumenti tradizionali.

La scoperta è stata pubblicata su The Astrophysical Journal Letters ed è il risultato del lavoro di un team guidato da Dayi Li dell’Università di Toronto.

Come si trova qualcosa che non si vede

Trovare una galassia così debole non è esattamente una passeggiata. Il gruppo di ricerca ha adottato un approccio indiretto, basato su tecniche statistiche avanzate. Invece di cercare la luce stellare (che in questo caso è praticamente inesistente), hanno cercato concentrazioni di ammassi globulari, quelle sfere compattissime di stelle che di solito orbitano attorno alle galassie. La logica è semplice ma elegante: se trovi un gruppetto di ammassi globulari ravvicinati, è probabile che lì in mezzo si nasconda una galassia, anche se non riesci a vederla direttamente.

Con questo metodo, il team ha identificato dieci galassie a bassa luminosità già note e due nuove candidate. Per verificare una di queste, CDG-2, sono stati messi al lavoro tre osservatori potentissimi: Hubble, il telescopio spaziale Euclid dell’ESA e il telescopio terrestre Subaru, alle Hawaii.

Le immagini ad alta risoluzione di Hubble hanno rivelato quattro ammassi globulari molto vicini tra loro, all’interno dell’ammasso di Perseo. Combinando poi i dati di tutti e tre gli strumenti, è emerso un alone di luce diffusissimo attorno a quei gruppi stellari. Un bagliore tenue ma sufficiente a confermare che lì sotto c’era effettivamente una galassia.

Come ha spiegato lo stesso Li, questa è la prima galassia mai individuata esclusivamente attraverso la sua popolazione di ammassi globulari. Un risultato che cambia un po’ le regole del gioco.

Una galassia quasi senza stelle, dominata dall’oscurità

I primi dati raccolti indicano che CDG-2 emette una quantità di luce equivalente a circa 6 milioni di stelle simili al Sole. Può sembrare tanto, ma per una galassia è pochissimo. Per dare un’idea: i quattro ammassi globulari da soli producono il 16% di tutta la luce visibile della galassia. Il resto è un velo sottilissimo di stelle sparse.

E poi c’è il dato più sorprendente. Circa il 99% della massa totale di CDG-2, sommando materia visibile e materia oscura, è costituito da materia oscura. Gran parte dell’idrogeno gassoso necessario alla formazione stellare è stato probabilmente strappato via dalle interazioni gravitazionali con le altre galassie nell’affollato ammasso di Perseo. Gli ammassi globulari, invece, essendo strutture estremamente dense e legate dalla gravità, hanno resistito a queste forze distruttive. Proprio per questo funzionano così bene come indicatori di galassie fantasma.

Con l’arrivo di nuove missioni come il Nancy Grace Roman Space Telescope della NASA e l’Osservatorio Vera C. Rubin, la caccia a queste galassie invisibili è destinata a intensificarsi. Strumenti di machine learning e analisi statistiche sempre più raffinate permetteranno di setacciare volumi di dati enormi. Hubble, dopo oltre 30 anni di servizio, continua intanto a regalare scoperte che ridefiniscono la comprensione dell’universo. E CDG-2 è l’ennesima dimostrazione che ciò che non si vede può essere molto più importante di ciò che si vede.

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