Nel 1933 Zwicky osservò un gruppo di galassie cercando di capire a che velocità si muovessero (curve di rotazione). Le misurazioni fornirono valori molto più grandi del previsto. Talmente elevati che le galassie avrebbero dovuto rapidamente dipserdersi, sfuggendo alla forza di gravità dell'ammasso. Zwicky concluse che doveva esserci molta più materia di quella osservata, addirittura 400 volte di più! Visto che questa materia non era osservabile, la chiamò semplicemente 'materia oscura'.
Nello stesso periodo Oort (quello della nube) arrivò a una conclusione simile osservando le stelle ai confini della Via Lattea. Queste dovrebbero avere un periodo orbitale maggiore (terza legge di Keplero), ma Oort scoprì che sfrecciavano più veloci di quanto avrebbero dovuto. Nel 1980 Vera Rubin osservò lo stesso effetto in circa 100 galassie. Questa materia invisibile, qualunque cosa fosse, era ovunque. Anzi, in base alle osservazioni sperimentali la materia oscura costituisce quasi il 90% della massa presente nell'universo!
L'ipotesi prevalente è che la materia oscura sia rappresentata principalmente da ipotetiche particelle chiamate WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), dotate di grande massa
unitaria, composte da materia intrinsecamente diversa dalla abituale
(protoni e neutroni) e debolmente interagente, così da essere difficilmente
rilevabili.Possibili candidati prendono i nomi di neutralini, neutrini massicci e assioni. Finora nessuna di queste particelle è mai stata osservata, nonostante gli esperimenti effettuati anche nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS): Borexino, Dama, Darkside, ... Esistono tuttavia teorie alternative, quali per esempio la teoria MOND (Modified Newtonian Dynamics). Questa teoria prevede che sulle scale di accelerazione tipiche delle zone
esterne delle galassie, la legge di gravitazione universale di Newton
debba essere leggermente modificata: in questo modo si tiene conto delle curve
di rotazione piatte senza fare ricorso alla materia oscura. Questa teoria però, deve essere “aggiustata”, per così dire, per essere in accordo con le osservazioni.
Poi, nel 2010, Verlinde propone una teoria completamente nuova nell'articolo 'On the Origin of Gravity and the Laws of Newton'.
La gravità non sarebbe più una forza
fondamentale della natura, bensì una sorta di “fenomeno emergente”. Come la
temperatura emerge dal moto di particelle microscopiche (una misura delle energie cinetiche delle particelle), anche la
gravità può emergere dalla variazione di bit fondamentali d’informazione che sono immagazzinati nella struttura fondamentale dello spaziotempo. In questo modo non sarebbe più necessaria la presenza della materia oscura per spiegare i fenomeni osservati. In un articolo dello scorso novembre
Verlinde mostra come la sua teoria predica in maniera accurata la
velocità orbitale delle stelle che si muovono attorno al centro della
Via Lattea, così come il moto delle stelle in altre galassie.
Per testare la validità della teoria un team di ricercatori, guidato da Brouwer, si è messo
all’opera andando a studiare il fenomeno della lente gravitazionale su
un insieme di oltre 33 mila galassie. La gravità curva lo spazio in modo tale che, quando i raggi
luminosi vi si propagano, essi vengono deflessi come nel caso di una
lente ottica.
Le immagini delle galassie del cielo profondo appaiono distorte a causa della presenza di una galassia più vicina (la 'lente'). Questo effetto può essere misurato per determinare come varia la forza di gravità attorno alla galassia 'lente'. I risultati ottenuti da Brouwer e collaboratori indicano che, fino a distanze dell’ordine di
qualche centinaia di volte il raggio della galassia, la gravità risulta molto più forte rispetto a quanto predice la relatività generale. La teoria di Einstein funziona solo se viene aggiunta la materia oscura. Le osservazioni sono in buon accordo con la
teoria, ma il team sottolinea che la materia oscura potrebbe ancora
spiegare una presenza extra della forza gravitazionale. Molte osservazioni non possono ancora
essere spiegate nell’ambito della teoria proposta da Verlinde, perciò la materia
oscura rimane ancora in gioco. Ulteriori osservazioni ci diranno se, dopo la rivelazione delle onde gravitazionali, la relatività generale di Einstein debba essere presto sostituita da una nuova teoria.
