La curiosità del mese a cura di Gabriele Ghisellini
Con questa curiosità iniziamo un ciclo dedicato a donne scienziate bravissime ma misconosciute e/o dimenticate.
Vera Cooper Rubin nacque negli Stati Uniti nel 1928 da una famiglia di immigrati ebrei: il papà, Philip Cooper, era un ingegnere elettrico nato a Vilnius, in Lituania, mentre la mamma, Rose Applebaum, era ucraina.
I suoi genitori la incoraggiano negli studi scientifici e suo papà le costruisce un “telescopio” giocattolo con due tubi di cartone (uno dentro l’altro) e due lenti. Vera passa nottate intere a guardare il cielo dal suo letto: una passione che continuerà per tutta la vita.
A scuola era brava, e alla fine delle scuole superiori, quando deve scegliere quale università fare, chiede consiglio alla sua professoressa di scienze, che le dice: “Vera, tu puoi fare quello che vuoi, ma non fare delle facoltà scientifiche”.
Manco a farlo apposta, Vera sceglie Fisica, a dimostrazione della sua determinazione. Vorrebbe andare a Princeton, già allora una delle Università più restigiose degli Stati Uniti, ma ancora riservata ai soli maschi. Ripiega sull’Università di Cornell, dove incontra Robert Rubin, anche lui studente nella stessa Università. Deve essere stato un amore a prima vista, perché i due si sposano nel 1948, quando Vera ha 20 anni. Dopo la laurea comincia il dottorato, alla Georgetown University, e ha come relatore George Gamow, nientemeno che il “papà” del Big Bang. Mentre studia per il dottorato ha 4 figli, e deve dividere il suo tempo tra gli studi e la famiglia.
Il marito la aiuta, accompagnando Vera, che non ha la patente, a frequentare i corsi serali che si tenevano un po’ lontano da dove abitavano, e pazientemente la aspetta per riportarla a casa. Nel 1965 Vera decide di dedicarsi anima e corpo all’astronomia e conosce Kent Ford, che aveva costruito uno spettrografo (strumento che divide la luce nelle sue frequenze o lunghezze d’onda) che doveva servire a produrre gli spettri delle stelle delle galassie.
Fa domanda di lavorare al telescopio di Monte Palomar, che con i suoi 5 metri di diametro era allora il telescopio più grande del mondo. Nel frattempo conosce Margaret Burbidge, che aveva anche lei fatto domanda per lavorare al telescopio di Monte Palomar, ma era stata rifiutata con la scusa che non c’erano i bagni per le donne. La stessa cosa viene detta a Vera, che senza battere ciglio ritaglia un triangolo di carta e lo appiccica al simbolo (solo maschile) sulla porta del bagno: “ecco, ora c’è anche il bagno per le donne” esclama.
L’argomento della ricerca di Vera Cooper Rubin è stato l’esistenza della massa oscura. A dir la verità, questo argomento non era completamente nuovo, perchè era stato proposto da Fritz Zwicky già nel 1934. Zwicky era un genio, ma aveva un caratteraccio terribile: quando qualcuno non era d’accordo con lui, lo insultava dicendogli: “Bastardo sferico”, intendendo che fosse un bastardo da qualsiasi direzione lo si guardasse. Quindi non era molto ben voluto dai suoi colleghi, e la sua proposta cadde nel dimenticatoio. L’aveva formulata studiando la velocità delle galassie in un ammasso di galassie: confrontando le loro velocità con la loro massa visibile, aveva trovato che le loro velocità erano troppo grandi per essere in equilibrio con la gravità: le galassie avrebbero dovuto sfuggire dall’ammasso. Quindi, per rimanere legate tra di loro, la gravità doveva essere maggiore, e doveva essere prodotta dalla massa invisibile che permeava tutto l’ammasso di galassie.
Vera studia lo stesso argomento, ma sceglie un altro metodo: invece di osservare degli ammassi di galassie, studia delle galassie a spirale una alla volta, per osservare le velocità delle stelle a seconda della loro distanza dal centro. La prima galassia che studia è la galassia di Andromeda, gemella della nostra Via Lattea. Dovete sapere che le galassie a spirale hanno una specie di rigonfiamento al centro, dove la densità delle stelle è maggiore. Se la luce di queste stelle fosse un buon indicatore della massa, e quindi della gravità, uno si aspetterebbe che le stelle più lontane dal centro abbiano una velocità (attorno al centro della galassia) decrescente: maggiore la distanza, minore la velocità.
La stessa cosa succede ai pianeti del nostro sistema solare: Mercurio, il pianeta più vicino al Sole, gli gira intorno ad una velocità di quasi 50 km/s, la Terra, più lontana, ha una velocità di rivoluzione di 30 km/s, mentre Plutone, il pianeta (anche se “defenestrato”) più lontano, rivoluziona intorno al Sole con pochi km/s. È ovvio che sia cosí, perche se un pianeta è lontano dalla sua stella, sente meno gravità, e quindi se vuole essere in equilibrio, deve avere un forza centrifuga più piccola, cioè una minore velocità di rivoluzione.
Il risultato delle sue osservazioni è completamente costrario alle aspettative: la velocità delle stelle non diminisce per niente con la distanza dal centro galattico, ma rimane costante o addirittura aumenta.
La conclusione è che ci deve essere dell’altra materia, oltre quella delle stelle. Materia che non emette, e quindi è oscura. Se questa materia fosse concentrata nel centro delle galassie, la velocità delle stelle diminuirebbe con la distanza, e quindi deve per forza essere distribuita nella galassia.
L’ammontare della la materia oscura non è per niente marginale: si trova che il totale della materia oscura è ben cinque volte quello della materia visibile, quella che forma le stelle. Però non sappiamo ancora cosa sia. Sarà fatta da buchi neri primordiali? Sarà dovura a una particella ancora sconosciuta? Oppure sarà addirittura un effetto di una modifica della relatività generale?
Recentemente si è scoperto un indizio a supporto dell’esistenza della materia oscura con cui non si ha bisogno di scomodare Einstein e la sua relatività generale.
C’è stato bisogno degli ultimi sviluppi della teoria delle lenti gravitazionali e di un caso osservativo fortunato. Dovete sapere che l’immagine delle galassie poste dietro ad un ammasso di galassie viene modificata dall’effetto della gravità prodotta dall’ammasso stesso. A seconda della distorsione dell’immagine si può risalire a come è distribuita la materia oscura dentro l’ammasso.
Recentemente si sono scoperti due ammassi di galassie vicini: uno grande e uno più piccolo. Quest’ultimo è stato subito ribattezzato Bullet Cluster, ammasso proiettile, perchè si muove a più di 4500 km/s, allontanandosi dall’ammasso più grande. Quindi, milioni di anni fa, i due ammassi si sono scontrati. Ma non dobbiamo pensare a degli scontri frontali tra le stelle delle galassie: queste sono molto distanti tra loro, e praticamente non risentono dello scontro. Però il gas intra-galattico (che tra l’altro ha una massa totale maggiore di quella delle stelle) interagisce elettromagneticamente, perde energia, e quindi si dispone in mezzo ai due ammassi. E poi c’è la distribuzione di materia oscura, calcolata attraverso le deformazioni delle immagini delle galassie dietro ai due ammassi. La sua distribuzione segue quella delle galassie (gravità), non quella del gas.
Conclusioni:
1 – La materia oscura esiste davvero, non è un effetto di un cambiamento della legge di gravità;
2 – La materia oscura interagisce molto debolmente e solo con la gravità.
Vera Rubin è morta il giorno di Natale del 2016.
Avrebbe meritato il premio Nobel?
Certamente! Come molte altre donne scienziate, bravissime ma misconosciute.
In suo onore hanno ribattezzato un grande e nuovo telescopio, in Cile, dedicato allo studio della materia oscura: il Vera Rubin Observatory.
