Al lettore non avvezzo ai termini scientifici, quello di materia oscura risulta probabilmente misterioso anche se negli ultimi tempi è stato usato spesso sulla stampa non specializzata. Il termine diventerebbe forse meno misterioso se al suo posto venisse usato quello di materia invisibile, sicuramente più appropriato. Si tratta di materia che non emette, non assorbe e non interagisce in alcuna maniera con la radiazione elettromagnetica, non emette o assorbe raggi x, raggi gamma o luce visibile.
Della materia oscura si parla dagli anni '30 del secolo scorso, quando il fisico Fritz Zwicky misurò le velocità di rotazione dei grandi ammassi stellari e le trovò molto superiori a quelle previste in relazione all'azione gravitazionale della materia osservabile. La maggior parte delle galassie ruotano infatti ad una velocità tale che, come in una giostra cosmica impazzita, gli astri che le compongono si disperderebbero nello spazio se ci fosse a trattenerli solo la gravità dovuta alla materia visibile. Zwicky dovette quindi ipotizzare l'esistenza di una grande quantità di materia non visibile che qualificò mancante.
Nell'ultimo trentennio molte nuove osservazioni sono state compiute. La presenza di grandi quantità di materia oscura è stata ampiamente confermata anche dalle immagini delle lenti gravitazionali. Nel 1919 l'astronomo inglese A. Stanley Eddintong, a capo della spedizione di osservazione delle eclissi solari, annunciò che il sole piega i raggi di luce che passano nella sua vicinanza. Questo è previsto dalla teoria generale della relatività di Albert Einstein. La presenza di una massa deforma lo spazio-tempo e questa deformazione provoca la curvatura del percorso dei raggi di luce come di ogni corpo che transita sufficientemente vicino. Questo fenomeno è appunto alla base delle lenti gravitazionali. Amassi di materia (anche quelli di materia non visibile, la materia oscura appunto) deviano quindi la luce che passa in vicinanza. Dalla misura dell'angolo di curvatura della luce e dello studio della forma ed ampiezza della distorsione dell'immagine che ci perviene, si può stimare la massa, eventualmente non visibile, che si interpone tra la sorgete di luce e noi che la osserviamo. Nella maggior parte dei casi si è trovato che questa massa è molto maggiore di quella associata alla materia visibile.
Varie sono le ipotesi su quale sia la natura di questa materia invisibile che sembra essere presente in grande quantità in tutto l'Universo. Nell'Universo esistono circa 100 miliardi di galassie visibili, ognuna formata da più di cento miliardi di stelle. Questa materia visibile, di cui sono formati le stelle, le galassie lontane, i pianeti, la terra, le piante, gli animali e gli uomini - secondo le ultime stime - è una parte molto piccola, solo un 5% dell'Universo tutto. Rimane un'enorme quantità di energia e materia che non riusciamo ancora a scoprire, anche se abbiamo ormai certezza diretta della sua presenza. La materia invisibile, secondo le ultime stime, è almeno quattro volte più abbondante di quella visibile, costituisce cioè circa ii 20% dell'Universo mentre il restante 75% è costituito da un'energia della quale non conosciamo l'origine, chiamata - ovviamente - energia oscura.
Nessuno sa esattamente cosa sia la materia oscura. E' invisibile e certamente composta da particelle molto diverse da quelle della materia ordinaria. Le ipotesi proposte da fisici e dagli astrofisici sono varie e molte ricerche sono in corso. Recentemente sono stati pubblicati i risultati raccolti dal satellite Pamela per una ricerca coordinata dall'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare che evidenziano un eccesso di positroni rispetto agli elettroni rivelati dalla strumentazione in orbita. I nostri lettori sanno ormai che i positroni sono le antiparticelle degli elettroni. Positroni ed elettroni, in tutti i processi che avvengono tra particelle della materia ordinaria, sono generati in coppie. E' quindi strano che si trovi un eccesso di positroni. Una possibile spiegazione potrebbe essere proprio la materia oscura. In effetti le teorie sulla possibile composizione della materia oscura prevedono che le particelle che la costituiscano interagiscano tra loro in vario modo producendo appunto un eccesso di positroni crescente al crescere della loro energia, come mostrano appunto i dati raccolti da Pamela. Un'altra possibilità e però anche quella che si possa trattare di un eccesso originato da sorgenti astrofisiche meno esotiche come le pulsar.
Come abbiamo segnalato nel precedente numero di questa rivista, il 2009 è l'anno mondiale dell'astronomia e si celebrano i 400 anni da quando Galileo Galilei puntò il telescopio verso il cielo di Padova e diede origine alla scienza astronomica moderna. In questi 400 anni abbiamo unificato la scienza dell'infinitamente piccolo con quella dell'infinitamente grande, tuttavia conosciamo solo una piccola parte dell'Universo, quella visibile. Forse ora sembra aprirsi anche un primo spiraglio per la comprensione di quella altra parte dell'Universo che ancora sfugge alla nostra comprensione. Forse siamo all'inizio di una grande nuova avventura della scienza.