Come sappiamo, l’Universo è fatto di materia ma in realtà non sappiamo perché nel cosmo la materia sia così predominante sull’antimateria. Potrebbero però esserci intere stelle, e forse anche galassie, fatte di antimateria.
Le anti-stelle riverserebbero continuamente le loro componenti di antimateria nel cosmo e queste emissioni potrebbero addirittura essere rilevabili come una piccola percentuale delle particelle ad alta energia che colpiscono la Terra.
Che cos’è l’antimateria
L’antimateria è proprio come la materia normale, tranne che ha carica opposta. Ogni singola particella ha la sua anti-particella gemella, con la stessa identica massa, lo stesso identico spin ed esattamente ogni altra proprietà tranne la carica elettrica. Ad esempio il positrone, l’anti-particella dell’elettrone, è esattamente come l’elettrone tranne per il fatto che possiede carica elettrica positiva.
Le nostre teorie di fisica fondamentale puntano a un tipo speciale di simmetria tra materia e antimateria: esse si rispecchiano quasi perfettamente. Per ogni particella di materia nell’Universo, dovrebbe esserci una particella di antimateria. Ma quando ci guardiamo intorno, non vediamo alcuna presenza di antimateria se non in tracce infinitesimali. La Terra è fatta di materia normale, il Sistema solare è di materia normale, la polvere tra le galassie è di materia normale; sembra insomma che l’intero Universo sia composto da materia normale.
Perché l’antimateria è così rara?
Ci sono solo pochissimi posti in cui esiste l’antimateria. Uno è all’interno dei nostri acceleratori di particelle ultra potenti come il Cern di Ginevra: quando li accendiamo e facciamo scontrare tra loro a velocità pazzesche le particelle subatomiche, ecco che fuoriescono getti sia normali che di antimateria. L’altro posto è nei raggi cosmici. I raggi cosmici non sono dei veri e propri raggi, ma piuttosto flussi di particelle ad alta energia che provengono da tutto il cosmo e colpiscono la nostra atmosfera. Quelle particelle provengono da processi ultra-potenti nell’Universo, come le supernove e la collisione fra stelle massicce e molto compatte. Infine, anche nelle reazioni di fusione nucleare che tengono accese le stelle si produce un po’ di antimateria, ma essa viene subito “annichilita” dallo scontro con particelle di materia normale.
Ma perché l’antimateria è così rara? Se materia e antimateria sono così perfettamente bilanciate, che fine ha fatto tutta l’antimateria? La risposta si trova nelle prime fasi dell’Universo primordiale.
Basta un piccolo squilibrio
Non siamo esattamente sicuri di cosa sia accaduto, ma qualcosa, quando l’Universo era molto giovane, deve aver squilibrato il rapporto fra materia e antimateria. Presumibilmente, quando l’Universo aveva meno di un secondo, materia e antimateria venivano prodotte in quantità uguali. Ma poi è successo qualcosa che ha causato un eccesso di materia rispetto all’antimateria. Non ci vorrebbe molto, solo una parte per miliardo di squilibrio, ma questa piccola differenza sarebbe sufficiente a far sì che dopo miliardi di anni la materia normale arrivasse a dominare l’intero universo, formando infine stelle, galassie, pianeti e tutti noi esseri viventi.
Ma qualunque sia stato quel processo potrebbe non essere stato del tutto perfetto. Ebbene, secondo Paul M. Sutter, astrofisico del Stony Brook and the Flatiron Institute della Ohio State University è del tutto plausibile che l’Universo primordiale possa aver lasciato anche grandi agglomerati di antimateria, fluttuanti qua e là in tutto il cosmo.
Quei “ciuffi” di antimateria, se fossero sopravvissuti abbastanza a lungo, sarebbero cresciuti in relativo isolamento. Certo, come avviene all’interno delle stelle durante le reazioni termonucleari, quando materia e antimateria si scontrano si annientano a vicenda in un lampo di energia, ma nel corso di miliardi di anni, se quei grumi di antimateria avessero vissuto relativamente isolati dal resto, avrebbero potuto riunirsi e ingrandirsi. Ripetiamo che l’unica differenza tra la materia e l’antimateria è la carica elettrica ma tutte le altre operazioni della fisica rimangono esattamente le stesse. Quindi si formare nuclei di anti-idrogeno, anti-elio e anti-tutto il resto. Si può avere anti-polvere, anti-stelle alimentate da reazioni di anti-fusione, anti-pianeti con anti-persone che bevono rinfrescanti anti-bicchieri di anti-acqua, in una pausa dei loro anti-lavori.
Ma è davvero così?
In realtà gli astronomi non sospettano che ci siano intere anti-galassie nell’Universo perché le loro interazioni con la materia normale (ad esempio, quando due galassie si scontrano) rilascerebbero una tale quantità di energia che ormai dovremmo aver rilevato da qualche parte. Ma potrebbero essere possibili agglomerati di stelle più piccoli delle galassie. Come gli ammassi globulari.
Essi sono densi ammassi che contano in media meno di un milione di stelle in orbita attorno a galassie più grandi. Si pensa che siano incredibilmente vecchi, poiché non stanno formando nuove stelle nell’epoca attuale e sono invece pieni di popolazioni di piccoli astri rossi e anziani. Sono anche relativamente privi di gas e polvere: tutto il carburante necessario per creare nuove stelle si è già consumato. Si limitano a orbitare debolmente intorno ai loro cugini più grandi e attivi, resti di un’era passata e in gran parte dimenticata. La stessa Via Lattea ha un seguito di circa 150 ammassi globulari prevalentemente in orbita attorno al suo alone.
E alcuni di loro potrebbero – il condizionale è d’obbligo – essere fatti di anti-stelle.
Un team di astrofisici teorici ha recentemente calcolato cosa capiterebbe se uno degli ammassi globulari in orbita attorno alla Via Lattea fosse in realtà un anti-ammasso, come riportato in un documento apparso di recente sulla rivista preprint arXiv. Si sono posti una semplice domanda: cosa succederebbe?
A meno che l’ammasso globulare non si tuffasse proprio attraverso il disco della Via Lattea, non accadrebbe granché. Dal momento che l’anti-ammasso sarebbe composto solo di anti-stelle e le stelle, normali o anti che siano, non occupano molto volume, non ci sarebbero molte opportunità per grandi annichilazioni. Le anti-stelle nell’anti-ammasso continuerebbero probabilmente le loro vite normali, facendo le cose che fanno le stelle dei normali ammassi globulari.
Per esempio orbitare attorno al nucleo della Via Lattea ed emettere un flusso costante di particelle. Pardon, di anti-particelle. O presentare talvolta enormi eventi di espulsione di massa coronale e flare. O magari, per qualcuna di loro molto massiccia, esplodere, se non lo ha già fatto in passato, in una fantastica esplosione di supernova.
Tutti questi processi rilascerebbero però tonnellate di anti-particelle, facendole scorrere fuori dall’anti-ammasso e fluire nel volume circostante, che include la Via Lattea. Compreso il nostro Sistema solare, dove quelle anti-particelle apparirebbero solo come un’altra porzione dello zoo di particelle che compone i raggi cosmici.
Quindi alcune delle anti-particelle che colpiscono la nostra atmosfera ogni singolo giorno potrebbero essere state lanciate da un’anti-stella milioni di anni fa? In questo momento è troppo difficile da dire. Ci sono certamente anti-particelle mescolate nella popolazione totale dei raggi cosmici, ma poiché il campo magnetico della nostra Galassia altera i percorsi delle particelle cariche (normali e anti), è molto difficile dire esattamente da dove provenga effettivamente un particolare raggio cosmico.
Ma se gli astronomi fossero in grado di individuare un ammasso globulare come una fonte particolarmente forte di anti-particelle, l’idea di Sutter potrebbe avere una prima conferma. Sarebbe come aprire una capsula del tempo, offrendoci una finestra sulla fisica che dominava l’Universo quando esso aveva soltanto un secondo o giù di lì.
