L'universo è pieno di miliardi di galassie e trilioni di stelle, insieme a un numero quasi infinito di pianeti, lune, asteroidi, comete e nuvole di polvere e gas - tutti vorticosi nella vastità dello spazio.
Ma se ingrandiamo, quali sono i mattoni di questi corpi celesti e da dove vengono?
L'idrogeno è l'elemento più comune trovato nell'universo, seguito dall'elio; insieme, costituiscono quasi tutta la materia ordinaria. Ma questo rappresenta solo una piccola fetta dell'universo - circa il 5%. Tutto il resto è fatto di cose che non possono essere viste e possono essere rilevate solo indirettamente.
Principalmente idrogeno
Tutto è iniziato con un Big Bang, circa 13,8 miliardi di anni fa, quando la materia ultra-calda e densamente compatta improvvisamente e rapidamente si è espansa in tutte le direzioni contemporaneamente. Millisecondi dopo, l'universo neonato era una massa in aumento di neutroni, protoni, elettroni, fotoni e altre particelle subatomiche, che si muovevano a circa 100 miliardi di gradi Kelvin, secondo la NASA.
Ogni parte della materia che compone tutti gli elementi noti nella tavola periodica - e ogni oggetto nell'universo, dai buchi neri alle stelle massicce ai granelli di polvere spaziale - è stato creato durante il Big Bang, ha detto Neta Bahcall, professore di astronomia nel Dipartimento di Scienze Astrofisiche dell'Università di Princeton nel New Jersey.
"Non conosciamo nemmeno le leggi della fisica che sarebbero esistite in un ambiente così caldo e denso", ha detto Bahcall a Live Science.
Circa 100 secondi dopo il Big Bang, la temperatura è scesa a un miliardo di gradi Kelvin ancora ribollente. Circa 380.000 anni dopo, l'universo si era sufficientemente raffreddato perché i protoni e i neutroni si unissero e formassero litio, elio e il deuterio isotopico dell'idrogeno, mentre gli elettroni liberi erano intrappolati per formare atomi neutri.
Poiché c'erano così tanti protoni che sfrecciavano nell'universo primordiale, l'idrogeno - l'elemento più leggero, con solo un protone e un neutrone - è diventato l'elemento più abbondante, costituendo quasi il 95% degli atomi dell'universo. Quasi il 5% degli atomi dell'universo sono elio, secondo la NASA. Quindi, circa 200 milioni di anni dopo il Big Bang, le prime stelle formarono e produssero il resto degli elementi, che costituiscono una frazione del restante 1% di tutta la materia ordinaria nell'universo.
Particelle invisibili
Qualcos'altro è stato creato durante il Big Bang: la materia oscura. "Ma non possiamo dire quale forma abbia assunto, perché non abbiamo rilevato quelle particelle", ha detto Bahcall a Live Science.
La materia oscura non può essere osservata direttamente - ancora - ma le sue impronte digitali sono conservate nella prima luce dell'universo, o nella radiazione cosmica di fondo a microonde (CMB), come piccole fluttuazioni delle radiazioni, ha detto Bahcall. Gli scienziati hanno proposto per la prima volta l'esistenza della materia oscura negli anni '30, teorizzando che l'attrazione invisibile della materia oscura doveva essere ciò che teneva insieme ammassi di galassie in rapido movimento. Decenni dopo, negli anni '70, l'astronoma americana Vera Rubin trovò prove più indirette della materia oscura nelle velocità di rotazione delle stelle più veloci del previsto.
Sulla base delle scoperte di Rubin, gli astrofisici hanno calcolato che la materia oscura - anche se non può essere vista o misurata - deve costituire una parte significativa dell'universo. Ma circa 20 anni fa, gli scienziati hanno scoperto che l'universo conteneva qualcosa di ancora più strano della materia oscura; energia oscura, che si ritiene sia significativamente più abbondante della materia o della materia oscura.
Una forza irresistibile
La scoperta dell'energia oscura è avvenuta perché gli scienziati si chiedevano se ci fosse abbastanza materia oscura nell'universo da causare l'espansione o l'espansione della direzione, causando il collasso dell'universo su se stesso.
Ecco, quando un gruppo di ricercatori lo studiò alla fine degli anni '90, scoprirono che non solo l'universo non stava collassando su se stesso, ma si stava espandendo verso l'esterno a un ritmo sempre più veloce. Il gruppo ha stabilito che una forza sconosciuta - soprannominata energia oscura - stava spingendo contro l'universo nel vuoto apparente dello spazio e accelerando il suo momento; le scoperte degli scienziati hanno valso ai fisici Adam Riess, Brian Schmidt e Saul Perlmutter il premio Nobel per la fisica nel 2011.
I modelli della forza richiesta per spiegare la velocità di espansione accelerata dell'universo suggeriscono che l'energia oscura deve costituire tra il 70% e il 75% dell'universo. La materia oscura, nel frattempo, rappresenta circa il 20% al 25%, mentre la cosiddetta materia ordinaria - le cose che possiamo effettivamente vedere - è stimata a costituire meno del 5% dell'universo, ha detto Bahcall.
Considerando che l'energia oscura costituisce circa i tre quarti dell'universo, capire che è probabilmente la più grande sfida per gli scienziati oggi, l'astrofisico Mario Livio, poi con lo Space Telescope Science Institute presso la Johns Hopkins University di Baltimora, nel Maryland, ha detto al sito gemello di Live Science Space.com nel 2018.
"Mentre l'energia oscura non ha giocato un ruolo enorme nell'evoluzione dell'universo in passato, giocherà il ruolo dominante nell'evoluzione in futuro", ha detto Livio. "Il destino dell'universo dipende dalla natura dell'energia oscura".
