Sono un fisico anziano. In gioventù ho fatto ricerca nel campo delle basse temperature, il che significa,
come accessorio, vuoto spinto.
Non so quali livelli permettano di raggiungere le tecniche moderne. Ai miei tempi 10-7 mmHg era un limite già favoloso. Questo pensiero ne ha generato un altro: come stiamo
nello spazio? Non ne ho mai sentito parlare. Quale è (se è stata misurata) la concentrazione di molecole
varie nello spazio? Esiste una distribuzione uniforme, oppure c'è un incremento in vicinanza di corpi stellari, e una rarefazione nei grandi spazi intermedi?
Grazie come sempre per la Vostra gentilezza.
La densità media di “materia ordinaria”, cioè costituita di protoni, elettroni e neutroni, nel cosmo è attualmente determinata con notevole precisione. Il valore trovato, pari a 4,26·10-28 kg m-3, con un’incertezza (statistica 1) di circa il 4%, corrisponde a circa 0,22 protoni (ed elettroni) per m-3.
A questa si deve aggiungere una densità di 2,13·10-27 kg m-3 (cioè circa 5 volte maggiore) di “materia oscura” sulla cui natura non sappiamo quasi nulla, e una densità di energia “oscura” corrispondente, tramite l’equazione di Einstein, E=mc2, ad una densità di 6,78·10-27 kg m-3. Le incertezze statistiche sulla densità di materia oscura e di energia oscura sono del 6% e del 2%, rispettivamente. Si dovrebbe poi aggiungere le densità di energia dei fotoni, principalmente quelli del fondo cosmico di microonde, e dei neutrini che, in totale, ammontano a circa un decimillesimo della somma delle altre componenti che abbiamo elencato.
Gran parte (poco meno del 90%) della materia “normale” presente nel cosmo è distribuita nello spazio intergalattico ed è in forma ionizzata ad una temperatura non ben nota ma presumibilmente di circa 104 K. La sua pressione è quindi dell’ordine di 6·10-20 pascal o 4·10-21 mmHg. La materia in forma atomica o molecolare costituisce una frazione trascurabile del mezzo intergalattico. Non conoscendo la natura fisica della materia “oscura” non abbiamo idea della sua pressione, che comunque deve essere molto bassa (per questo si parla di materia oscura “fredda”).
La distribuzione di materia nel cosmo è fortemente non uniforme. La densità media di materia nelle galassie è molte migliaia di volte superiore alla densità media del cosmo. La densità all’interno delle galassie è a sua volta altamente non uniforme. Per esempio, se ci limitiamo a considerare la materia in forma diffusa (gas neutro, sia atomico che molecolare, o plasma), cioè escludiamo quella in oggetti condensati (stelle, pianeti), nella regione della nostra galassia in cui si trova anche il nostro sistema solare abbiamo una densità di circa 1,9·10-21 kg m-3, corrispondente a circa 106 atomi di idrogeno per m3. La pressione è dell’ordine di 3·10-16 pascal (per una temperatura attorno ai 20 K) pari a circa 2·10-17 mmHg.
1 Ogni fisico sa bene che le misure possono essere affette da incertezze, anche molto maggiori di quelle statistiche, dovute ad effetti sistematici non identificati.