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La gravità può esistere senza massa, mitigando la necessità di un’ipotetica materia oscura

Numerosi corpi celesti, tra cui pianeti, stelle, comete, satelliti e meteore, sono presenti in tutto l’universo, inclusa la Via Lattea. La forza gravitazionale mantiene questi corpi celesti al loro posto, con l’ipotesi del Big Bang come la più affidabile. La forza di attrazione tra questi corpi celesti, nota come forza gravitazionale, mantiene il loro allineamento e la rotazione nelle loro orbite.

Per secoli, gli scienziati sono stati alle prese con le forze fondamentali che governano il nostro universo, le principali tra cui la gravità e, più recentemente, la materia oscura.

La gravità è la forza invisibile che attrae gli oggetti dotati di massa l’uno verso l’altro, giocando un ruolo cruciale nella formazione del cosmo , dalla formazione delle galassie alle orbite dei pianeti.

Tuttavia, man mano che la nostra comprensione dell’universo si è ampliata, anche i misteri che lo circondano si sono ampliati .

Dilemma della materia oscura

Uno dei misteri più sconcertanti è il concetto di materia oscura, un’ipotetica forma di materia che si ritiene costituisca una parte significativa della massa totale dell’universo.

A differenza della materia ordinaria , che possiamo vedere e con cui possiamo interagire direttamente, la materia oscura non emette, assorbe o riflette la luce, rendendola invisibile ai telescopi e ad altri strumenti di rilevamento.

L’esistenza della materia oscura, suggerita per la prima volta dall’astronomo olandese Jan Oort nel 1932, è dedotta esclusivamente dagli effetti gravitazionali che esercita sulla materia visibile, come le curve di rotazione delle galassie e il movimento delle galassie all’interno degli ammassi. Ciò porta gli scienziati a mettere in discussione la natura stessa della gravità stessa.

Queste osservazioni suggeriscono che nell’universo è presente molta più materia di quella che può essere spiegata dalla sola materia visibile.

Nonostante decenni di ricerca, l’esatta natura della materia oscura rimane uno dei più grandi misteri della fisica moderna, con gli scienziati che esplorano varie teorie, come le particelle massicce a interazione debole (WIMP) e gli assioni, per spiegarne le proprietà e il comportamento.

Forza di gravità sempre presente

La gravità è una delle quattro forze fondamentali della natura, insieme all’elettromagnetismo , alla forza nucleare forte e alla forza nucleare debole. È la forza che attrae gli oggetti dotati di massa l’uno verso l’altro e svolge un ruolo cruciale nel modellare l’universo su tutte le scale.

Sulla superficie terrestre, la gravità attira gli oggetti verso il centro del pianeta, dando loro peso e mantenendoli a terra.

Su scala più ampia, la gravità governa le orbite dei pianeti attorno al sole, il movimento delle stelle all’interno delle galassie e la formazione e l’evoluzione delle galassie e degli ammassi di galassie.

Secondo la teoria della relatività generale di Albert Einstein , la gravità nasce dalla curvatura dello spazio-tempo causata dalla presenza di massa ed energia. Più un oggetto è massiccio, maggiore è la sua influenza gravitazionale sugli altri oggetti.

Nonostante la sua ubiquità e importanza, la gravità rimane una delle forze meno comprese in fisica, con la ricerca in corso che cerca di conciliarla con i principi della meccanica quantistica e di spiegare fenomeni come la materia oscura e l’energia oscura .

Vedere la gravità e la materia oscura sotto una nuova luce

Prendendo una nuova prospettiva, un recente studio del Dr. Richard Lieu presso l’Università dell’Alabama a Huntsville ( UAH ) spera di risolvere il puzzle aggiungendo una nuova svolta a questo annoso problema.

Pubblicato nel Monthly Notice della Royal Astronomical Society , l’articolo di Lieu dimostra, per la prima volta, come la gravità possa esistere senza massa.

Questa ricerca radicale e stimolante fornisce una teoria alternativa che potrebbe potenzialmente mitigare la necessità di materia oscura.

“La mia ispirazione è venuta dalla ricerca di un’altra soluzione alle equazioni del campo gravitazionale della relatività generale “, afferma Lieu, un illustre professore di fisica e astronomia alla UAH.

“Questa iniziativa è a sua volta guidata dalla mia frustrazione per lo status quo, vale a dire l’idea dell’esistenza della materia oscura nonostante la mancanza di prove dirette per un intero secolo.”

I difetti topologici potrebbero essere la chiave

Lieu sostiene che la gravità “in eccesso” necessaria per tenere insieme una galassia o un ammasso potrebbe essere dovuta a insiemi concentrici di difetti topologici simili a gusci in strutture comunemente presenti in tutto il cosmo .

Questi difetti furono molto probabilmente creati durante l’universo primordiale, quando si verificò una transizione di fase cosmologica, un processo fisico in cui lo stato complessivo della materia cambia insieme in tutto l’universo.

“Non è chiaro al momento quale forma precisa di transizione di fase nell’universo potrebbe dare origine a difetti topologici di questo tipo”, dice Lieu.

“Gli effetti topologici sono regioni dello spazio molto compatte con una densità di materia molto elevata, solitamente sotto forma di strutture lineari note come stringhe cosmiche, sebbene siano possibili anche strutture 2D come gusci sferici”.

L’effetto della gravità senza massa assomiglia alla materia oscura

I gusci proposti nell’articolo di Lieu sono costituiti da un sottile strato interno di massa positiva e un sottile strato esterno di massa negativa.

Mentre la massa totale di entrambi gli strati è esattamente zero, una stella che giace su questo guscio subisce una grande forza gravitazionale che la trascina verso il centro del guscio.

Poiché la forza gravitazionale implica fondamentalmente la deformazione dello spazio-tempo stesso, consente a tutti gli oggetti di interagire tra loro, indipendentemente dal fatto che abbiano massa o meno.

È stato confermato, ad esempio, che i fotoni privi di massa subiscono effetti gravitazionali da oggetti astronomici.

“ La deflessione gravitazionale della luce da parte di un insieme di gusci singolari concentrici che compongono una galassia o un ammasso è dovuta al fatto che un raggio di luce viene deviato leggermente verso l’interno – cioè verso il centro della struttura su larga scala, o l’insieme di gusci – mentre passa attraverso un guscio”, osserva Lieu.

Spiega che quando la luce attraversa più gusci, l’effetto cumulativo si traduce in una deflessione misurabile che ricorda da vicino l’influenza gravitazionale tipicamente attribuita alla presenza di una quantità significativa di materia oscura, simile alle velocità osservate delle orbite stellari all’interno delle galassie.

Ruolo dei gusci privi di massa nella formazione delle galassie

La deflessione della luce e le velocità orbitali stellari sono gli unici mezzi con cui si misura l’intensità del campo gravitazionale in una struttura su larga scala, sia essa una galassia o un ammasso di galassie.

L’articolo di Lieu sostiene che i gusci ipotizzati siano privi di massa, suggerendo che potrebbe non esserci alcun bisogno di perpetuare la ricerca apparentemente infinita della materia oscura.

Le domande per la ricerca futura si concentreranno probabilmente su come una galassia o un ammasso si forma dall’allineamento di questi gusci, nonché su come avviene l’evoluzione delle strutture.

“Naturalmente, la disponibilità di una seconda soluzione, anche se altamente suggestiva, non è di per sé sufficiente a screditare l’ipotesi della materia oscura: nella migliore delle ipotesi potrebbe essere un esercizio matematico interessante”, conclude Lieu.

Lieu sottolinea che la sua ricerca non mira ad affrontare il tema della formazione delle strutture nell’universo, e riconosce che ci sono ancora questioni aperte riguardanti lo stato iniziale dei gusci e come confermarne o smentirne definitivamente l’esistenza attraverso osservazioni mirate.

Nonostante questi limiti, Lieu afferma che il suo lavoro rappresenta la prima dimostrazione della possibilità che la gravità esista senza massa.

Materia oscura contro gravità senza massa: che i giochi abbiano inizio

In sintesi, l’affascinante ricerca del Dr. Richard Lieu sfida la nozione secolare di materia oscura e offre una prospettiva rivoluzionaria sulla natura della gravità.

Dimostrando come la gravità possa esistere senza massa attraverso il concetto di gusci privi di massa, il lavoro di Lieu apre nuove strade per comprendere l’universo e le sue forze fondamentali.

Sebbene siano necessarie ulteriori indagini per confermare o confutare l’esistenza di questi gusci privi di massa, questo studio rappresenta un significativo passo avanti nella nostra comprensione del cosmo.

Mentre la comunità scientifica continua a esplorare le implicazioni delle scoperte di Lieu, potremmo essere all’apice di una nuova era nell’astrofisica, che rimodella la nostra comprensione della forza misteriosa che lega insieme le galassie e gli ammassi.

Lo studio completo è stato pubblicato sulla rivista Monthly Notice della Royal Astronomical Society .

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