UN NUOVO MODELLO COSMOLOGICO LA ESCLUDE

Energia oscura? No, grazie

Uno studio teorico, pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, ricostruisce l’evoluzione dell’universo seguendo il cambiamento nel tempo della sua struttura a larga scala. Grazie a questo accorgimento, dicono gli autori, è possibile spiegare l’espansione accelerata senza ricorrere a una componente di energia oscura

Nell’immagine una simulazione della struttura su larga scala dell’Universo rivela la rete cosmica di galassie, disposte lungo filamenti, e le vaste regioni di vuoto. Crediti: Nico Hamaus, Universitäts-Sternwarte München, Ohio State University

La componente dominante del nostro Universo, la cosiddetta energia oscura, potrebbe non esistere affatto. Ad affermarlo è uno studio, firmato da un team internazionale, uscito sull’ultimo numero della rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. I ricercatori ritengono che i modelli standard non tengano conto di come cambia la struttura del cosmo nel tempo, ma che una volta incluso questo elemento l’energia oscura non sia più necessaria per spiegarne l’evoluzione.

Il nostro universo si è formato 13.8 miliardi di anni fa, e da allora sta continuando ad espandersi. Una delle prove più solide a sostegno di questa tesi è il fatto che le galassie si allontanano tra loro seguendo la legge di Hubble, ovvero con velocità direttamente proporzionali alla propria distanza. La mappatura delle velocità delle galassie è uno studio che copre ormai un secolo di astronomia, e che ha portato gli scienziati a consolidare l’idea di un universo in espansione continua.

Negli anni ‘90, l’osservazione di un certo tipo di supernove grazie alle quali è possibile risalire alla distanza della galassia ospite, gli astronomi hanno capito che l’Universo non solo si sta espandendo, ma lo sta facendo anche in maniera accelerata. In quegli anni si è capito che per spiegare il comportamento delle galassie era necessario introdurre una componente sconosciuta, che è stata chiamata energia oscura, responsabile dell’accelerazione.

Il nuovo studio è stato guidato da Gábor Rácz, dottorando della Eötvös Loránd University in Ungheria, e mette in discussione l’esistenza dell’energia oscura suggerendo una spiegazione alternativa. I ricercatori sostengono che i modelli cosmologici convenzionali non prendono in considerazione la struttura a grande scala dell’Universo, dove si assume che la materia abbia una densità uniforme.

«Le equazioni della relatività generale di Einstein che descrivono l’espansione dell’universo sono così complesse matematicamente che per circa un centinaio di anni non sono state soluzioni che tenessero conto delle strutture cosmiche», spiega László Dobos, ricercatore della Eötvös Loránd University e coautore dello studio. «Sappiamo da alcune misure molto precise di supernove che l’universo sta accelerando, ma allo stesso tempo ci affidiamo ad approssimazioni grossolane delle equazioni di Einstein che potrebbero introdurre effetti importanti, come la necessità di una componente di energia oscura».

Un fermo immagine di un’animazione che mostra l’espansione dell’universo nel modello cosmologico standard con materia oscura fredda ed energia oscura (pannello in alto a sinistra, colore rosso), con il nuovo modello che considera la struttura globale dell’Universo ed elimina la necessità di energia oscura (pannello centrale, in blu), e il modello Einstein-de Sitter originale senza materia oscura (pannello a destra, in verde). Il pannello in basso mostra l’aumento del fattore di scala in funzione del tempo (1 G year corrisponde a un miliardo di anni). Le unità di scala nei pannelli in alto sono espresse in Megaparsec, dove un Megaparsec corrisponde a circa 3 milioni di anni luce. Clicca sull’immagine per vederla ad alta risoluzione. Crediti: István Csabai et al.

La materia ordinaria e quella oscura si distribuiscono nel cosmo su una struttura simile a una ragnatela, addensate in filamenti composti dai superammassi di galassie. Al di fuori dei filamenti si creano vere e proprie bolle prive di materia. Utilizzando una simulazione al computer per modellare l’effetto della gravità su questa struttura, gli scienziati hanno potuto ricostruire l’evoluzione dell’Universo, a partire dai primi aggregati di materia per arrivare fino a oggi.

A differenza delle simulazioni convenzionali, dove si considera un universo in costante e uniforme espansione, questo nuovo modello prende in considerazione tutta la struttura, e questo fa sì che diverse regioni si espandano con velocità differenti. Il tasso di espansione medio rimane coerente con le osservazioni attuali, ovvero con un’espansione complessivamente accelerata.

«La teoria della relatività generale è fondamentale per la comprensione del modo in cui l’universo evolve. Non abbiamo messo in discussione la sua validità, ma quella delle sue soluzioni approssimate», aggiunge Dobos. «I nostri risultati si basano su una congettura matematica che permette la dilatazione differenziale dello spazio, in pieno accordo con la relatività generale, e mostrano come la formazione di strutture complesse della materia influisce sull’espansione. In passato questi problemi sono stati nascosti sotto al tappeto, ma prendendoli in considerazione è possibile spiegare l’accelerazione senza bisogno dell’energia oscura».

Se questa ipotesi venisse confermata, potrebbe avere un impatto molto forte sui modelli cosmologici e in vari campi di ricerca della fisica. Negli ultimi 20 anni gli astronomi e i fisici teorici si sono scervellati per comprendere la natura dell’energia oscura, che ad oggi rimane un mistero irrisolto. Con il loro nuovo modello, Rácz e colleghi sperano per lo meno di avviare un dibattito su questo tema.

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