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La materia oscura e Mo.N.D.

Nel primo capitolo partendo dal problema delle curve di rotazione, analizzeremo le leggi osservative che questa particella riesce a spiegare e descriveremo le varie ipotesi sulle caratteristiche che deve avere. Le particelle ipotizzate sono varie e di varinatura, anche se tutte hanno le stesse caratteristiche principali (come l’invisibilità e la non interazione con la radiazione), e ancora non si sa con certezza quali di queste sia quella giusta. Le più accreditate sono le WIMPs, particelle non relativistiche e soggette ad interazione debole.
Descriveremo, inoltre, i modelli più importanti di distribuzione della materia oscura nei sistemi e le prove a favore di questa teoria, cioè il riscontro con le leggi osservative. Accenneremo, inoltre all’energia oscura:un’altra componente necessaria per il bilancio energetico dell’universo e di cui, ancor più che della materia oscura, non si conoscono con certezza l’origine e le caratteristiche, ma che dovrebbe costituire circa il 70% ell’energia totale dell’universo.
Il proposito di questo lavoro di tesi è, però, di introdurre una teoria alternativa all’ipotesi di materia oscura per descrivere la fenomenologia osservata. Di recente, in effetti, sono stati avanzati diversi altri approcci alternativi per spiegare i dati sperimentali. Ma la teoria Mo.N.D., acronimo di Modified Newtonian Dynamics rimane probabilmente il più popolare e di certo uno dei primi capace di successi almeno parziali.
Questa teoria è stata proposta dal fisico israeliano Mordehai Milgrom nel 1983, quando ha pubblicato contemporaneamente sull’Astrophysical Journal tre articoli. Nel primo ipotizzava che la legge di gravitazione, così come enunciata da Newton nel 1687 nella sua opera Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, in realtà fosse un’approssimazione valida per ‘‘grandi” accelerazioni. Nelle strutture cosmiche, invece, essendo in presenza di accelerazioni molto più basse di quelle cui siamo abituati nel Sistema Solare, questa approssimazione non sarebbe più valida. Facendo una semplice modifica di questa legge, in modo da ottenere le curve di rotazione osservate, Milgrom, nei due articoli successivi, ha applicato questa teoria a diversi tipi di strutture cosmiche, ottenendo risultati in ottimo accordo con le osservazioni.
Nel secondo capitolo della tesi, dopo aver introdotto l’ipotesi di Milgrom, vedremo quali conseguenze ne derivano, ovvero quali sono le previsioni che questa teoria fa in merito alla dinamica delle galassie, ed infine considereremo anche un punto di vista più teorico, applicando questa modifica alla legge di gravitazione universale prima e al secondo principio della dinamica dopo, essendo procedimenti non del tutto equivalenti.
Anche se l’approccio di Milgrom annovera parecchi estimatori, e non solo tra gli astronomi, la teoria più accreditata rimane comunque quella che si riferisce alla presenza nell’universo di una vera e propria materia oscura. Per lo più i cosmologi, infatti, credono che sia molto più probabile la presenza di una componente oscura effettiva piuttosto che una rivoluzione delle leggi fondamentali della fisica. Molti esperimenti nei più importati centri di ricerca sono attualmente in corso per poter dare risposta a questo che è uno dei più grandi problemi della cosmologia: le componenti (materia e energia) oscure, infatti, rappresentano circa il 96% dell’energia dell’universo nel cosiddetto modello cosmologico concordato. La ricerca della materia oscura è, del resto, portata avanti anche in ricerche su satelliti (come ad esempio PAMELA), che ultimamente hanno aumentato le aspettative della comunità dei fisici.
Bisogna tener presente che un limite forte di questa tesi è che tutto il discorso non è fatto dal punto di vista relativistico. Soprattutto per quel che riguarda la Mo.N.D., infatti, questo aspetto è molto delicato, poichè si sta cercando di elaborare una teoria che riesca a riunire la Mo.N.D. e la relatività generale, ma finora i risultati non sono stati soddisfacenti.
Dopo aver presentato, nell’ultimo breve capitolo, lo stato generale dell’arte per quanto riguarda successi ed insuccessi di Mo.N.D., traiamo alcune conclusioni generali.

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INTRODUZIONE Nel 1933, l’astrofisico svizzero Fritz Zwicky, mentre studiava l’ammasso della Chioma, osservò che le galassie più esterne avevano velocità tali per cui la forza centrifuga non era in grado di bilanciare la forza gra- vitazionale. Inizialmente Zwicky ipotizzò la presenza di una una massa mancante, costituita da materia ordinaria, ma impossibile da vedere a causa della limitata efficienza degli strumenti utilizzati all’epoca. Con il procedere delle osservazioni si è notato che questa era una caratteristica della maggior parte delle galassie a spirale osservate e di molti sistemi di galassie. In particolare è stato notato che la velocità delle stelle nelle periferie delle galassie, anzichè diminuire fino a tendere a zero, man mano che ci allontana dal centro, tendono ad un valore costante. Con l’affinarsi delle tecniche di osservazioni ci si è resi conto che questa massa mancante non può essere materia ordinaria, ma deve essere invisibile. Questo ha portato molti fisici astroparticellari a studiare questo fenomeno e a ipo- tizzare le caratteristiche di questa particella oscura, tali da poter spiegare tutti i fenomeni osservati. Nel primo capitolo considereremo proprio questo aspetto: partendo dal problema delle curve di rotazione, analizzeremo le leggi osservative che questa particella riesce a spiegare e descriveremo le varie ipotesi sulle caratteristiche che deve avere. Le particelle ipotizzate sono varie e di va- ria natura, anche se tutte hanno le stesse caratteristiche principali (come l’invisibilità e la non interazione con la radiazione), e ancora non si sa con certezza quali di queste sia quella giusta. Le più accreditate sono le WIMPs, particelle non relativistiche e soggette ad interazione debo- le. Descriveremo, inoltre, i modelli più importanti di distribuzione della materia oscura nei sistemi e le prove a favore di questa teoria, cioè il ri- scontro con le leggi osservative. Accenneremo, inoltre all’energia oscura: un’altra componente necessaria per il bilancio energetico dell’universo e di cui, ancor più che della materia oscura, non si conoscono con certez- za l’origine e le caratteristiche, ma che dovrebbe costituire circa il 70% dell’energia totale dell’universo. Il proposito di questo lavoro di tesi è, però, di introdurre una teoria alternativa all’ipotesi di materia oscura per descrivere la fenomenologia osservata. Di recente, in effetti, sono stati avanzati diversi altri approc-

Laurea liv.I

Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali

Autore: Daniela Pascucci Contatta »

Composta da 31 pagine.

 

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