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La gravità modificata (mond)
Annibale
D’Ercole
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La mond (MOdified Newtonian
Dynamics) rappresenta una modificazione della classica legge newtoniana della
gravitazione ed è stata proposta inizialmente nel 1983 da Mordehai
Milgrom per spiegare l’anomalo comportamento della
velocità di rotazione delle galassie a spirale. La mond si pone in alternativa
alla teoria di gran lunga più popolare della materia oscura. Una
galassia a spirale consiste in un rigonfiamento centrale massiccio, più o
meno sferico (bulge),
contenente un gran numero di stelle, attorno al quale ruota un esteso disco
composto di stelle e gas. In base alla legge di Newton, ci si aspetta che le
stelle del disco più distanti dal centro abbiano una velocità circolare più
bassa, rispetto a quelle più interne, proprio come accade nel Sistema solare,
dove Mercurio (il pianeta più vicino al Sole) orbita più velocemente di
Plutone (il pianeta più lontano). Contrariamente alle aspettative, invece, le
osservazioni rivelano che le stelle distanti nel disco hanno la stessa
velocità di rotazione di quelle più vicine al bulge (Fig. 1).
Fig. 1 – Tipica curva di rotazione (cioè
l’andamento della velocità in funzione del raggio) delle stelle in orbita circolare nel disco di una galassia a
spirale. A: curva aspettata in base unicamente alla gravità newtoniana di
stelle e gas; B: curva osservata, e interpretata (in ambito newtoniano) come
prova dell’esistenza della materia oscura. L’eccessiva
velocità delle stelle periferiche dovrebbe portarle ad allontanarsi dalla
galassia e disperdersi nello spazio esterno; dal momento che questo non
accade, la maggioranza degli astronomi ipotizza che le galassie siano in
realtà immerse all’interno di un invisibile alone di materia oscura. La
natura di questa materia è ignota al momento, ma l’eccesso di gravità dovuto
alla sua presenza permette di “trattenere” le stelle veloci che altrimenti
andrebbero perse (ci siamo occupati di questo argomento in questa stessa
rubrica nel fascicolo n. 3 del 2007). Analogamente, la presenza di materia
oscura negli ammassi di galassie è in grado di spiegare le elevate velocità
di quest’ultime che, altrimenti, sarebbero destinate ad allontanarsi le une
dalle altre indefinitamente. Più in generale, un raggruppamento su larga
scala di materia ordinaria, sia esso galassia o ammasso di galassie, sarebbe
destinato alla disgregazione se non ci fosse un soprappiù di gravità dovuto
alla materia scura. Dal
momento che l’introduzione di tale materia oscura è motivata unicamente dal
suo contributo gravitazionale (essa non interagisce in alcun altro modo con
la materia ordinaria né con la radiazione, da cui l’aggettivo “oscura”),
alcuni astrofisici ipotizzano che essa non esista affatto e che le anomalie
dinamiche siano spiegabili tramite una modifica della classica legge di
gravità di Newton. In effetti, questa legge è stata verificata con successo
solo fino alle estremità del Sistema solare, dove l’accelerazione di Plutone
è pari a La
mond,
nata per spiegare la dinamica delle galassie a spirale, si è rivelata
straordinariamente efficace anche nell’interpretazione della dinamica di
galassie di bassa brillanza superficiale, della relazione di Faber-Jackson
per le galassie ellittiche, della relazione di Tully-Fisher
per quelle a spirali, (si veda il livello avanzato). Queste relazioni trovano
una naturale spiegazione con la mond, mentre non ne hanno alcuna in ambito
newtoniano dove vengono considerate semplici relazioni fenomenologiche. Ciò
ha determinato una maggiore attenzione da parte degli astronomi verso la mond, come
testimoniato dal crescente numero di articoli ad essa dedicati. Tuttavia,
nonostante questi (ed altri) indubbi successi, la mond viene ancora guardata con
sospetto dalla maggior parte degli astronomi. Al di là di un certo
conservatorismo, sempre in agguato in questi casi, tale diffidenza è dovuta
al fatto che la mond
non è stata fin’ora in grado di replicare, su scala degli ammassi di
galassie, i brillanti risultati ottenuti su scala galattica. Come abbiamo già
detto, le velocità eccessive delle galassie negli ammassi si possono
spiegare, nel caso della fisica newtoniana, ammettendo che gli ammassi stessi
contengano una grande quantità di materia oscura. Al contrario, la mond non
riproduce correttamente i moti delle galassie nel centro degli ammassi, a
meno di non ipotizzare, anche in questo caso, la presenza di una quantità di
materia parecchie volte superiore a quella osservata. |
