CON UN COMMENTO DI FABIO FINELLI (INAF)

Nel “mondo a specchio” la tensione su H0 si allenta

Una nuova intuizione su alcune proprietà cosmologiche dell'universo ha ispirato una soluzione in grado di spiegare la controversia fra previsioni teoriche e misurazioni osservative della costante di Hubble, il valore dell'espansione attuale dell'universo. I risultati su Physical Review Letters

     23/05/2022
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Rappresentazione artistica del satellite Cobe. Crediti: Matthew Verdolivo, Uc, Davis

Sono decenni, ormai, che gli astronomi danno i numeri con la costante di Hubble. Nel vero senso della parola: calcoli provenienti da sorgenti astrofisiche diverse offrono stime diverse, che dicono – è questo il significato fisico della costante H0 – che l’universo oggi si sta espandendo più o meno velocemente. Il problema, però, è che la costante di Hubble in verità costante non è. Indica, anzi, epoca dopo epoca, quanto è cambiato il tasso di espansione dell’universo.

Ricostruire questa proprietà nel tempo, e quindi stabilirne anche il valore odierno, è un problema cosmologico. La cosmologia è la branca dell’astronomia che considera l’universo nel suo insieme, dal primo istante in cui si è formato fino al giorno d’oggi, considerandone le scale più ampie. Il modello cosmologico oggi più accreditato per spiegare la nascita, l’espansione e l’evoluzione dell’universo e di tutte le sue strutture si chiama Modello cosmologico standard (o, in gergo, Lambda Cdm), e con la costante di Hubble ha un problema ben preciso: prevede, rispetto alle stime osservative più precise e recenti, un valore attuale molto inferiore. Negli ultimi anni la cosa ha destato non poca preoccupazione fra gli addetti ai lavori, che sempre più vedevano la necessità di ricorrere a una nuova fisica o, peggio, di dover apportare al modello cosmologico modifiche importanti. La vera sfida, però, è riuscire a cambiare il modello senza rovinare l’accordo tra le sue previsioni e altri fenomeni cosmologici oggi ritenuti fondamentali, come il fondo cosmico a microonde.

«Sebbene vi possano essere effetti sistematici non noti che si nascondono nelle stime della costante di Hubble derivate da osservazioni così diverse (come quelle provenienti dalle supernove di tipo Ia, o dal fondo cosmico a microonde)», spiega a Media Inaf  Fabio Finelli, cosmologo all’Inaf di Bologna, «questa discrepanza ha spinto la comunità scientifica a formulare modelli cosmologici diversi da quello standard, che possano descrivere le osservazioni ugualmente bene, ma con un valore della costante di Hubble più grande».

Uno studio recentemente pubblicato su Physical Review Letters, però, potrebbe far tirare un sospiro di sollievo: secondo i tre firmatari dell’articolo – Francis-Yan Cyr-Racine della University of New Mexico, Fei Ge e Lloyd Knox della University of California, Davis –  basterebbe infatti ipotizzare l’esistenza di particolari “mondi specchio” per vedere molti guai risolversi.

«La cosa interessante di questo articolo», osserva Finelli, al quale abbiamo chiesto un commento allo studio dei tre ricercatori, «è l’intuizione che è alla base della soluzione proposta, ovvero il fatto che introducendo delle variazioni di scala su alcuni parametri cosmologici – come ad esempio il valore dell’accelerazione gravitazionale e la sezione d’urto tra elettroni e fotoni (al tempo in cui l’universo divenne trasparente, l’epoca della ricombinazione) – la maggior parte degli osservabili cosmologici rimane inalterata, e l’universo mantiene le proprietà che osserviamo e che lo caratterizzano».

«Per concretizzare questa intuizione e tentare di risolvere le discrepanze osservative rispetto alla costante di Hubble», continua Finelli, «gli autori introducono adottano una soluzione non del tutto nuova: si tratta una copia “oscura” (il “mirror world” che interagisce, cioè, solo gravitazionalmente con il contenuto dell’universo) della materia ordinaria – cioè barioni, fotoni, neutrini. Un’idea usata già anche in passato per spiegare altre inconsistenze tra predizioni teoriche e osservazioni. In pratica si crea un altro 4 per cento della materia: non è la materia oscura, e nemmeno la costante cosmologica, è proprio una copia della materia ordinaria, oscura, che interagisce con le altre componenti solo gravitazionalmente».

Grazie a questa nuova componente di materia, è possibile cambiare la densità totale della materia dell’universo, il numero di elettroni totali, e quindi ad esempio anche la forza di gravità e l’espansione stessa dell’universo. L’idea di questi “mondi a specchio”, dicevamo, non è nuova. Risale agli anni ’90, ma l’ipotesi che questi possano servire a risolvere la controversia sulla costante di Hubble è inedita.

«Al di là del fatto che i “mirror world” siano la soluzione definitiva», conclude Finelli, «aver notato questa proprietà nuova dell’universo, questa simmetria rispetto a variazioni di scala di alcune quantità, consente di proporre anche altre soluzioni, altre variazioni del modello cosmologico standard, che potrebbero portarci sempre più vicini a una soluzione convincente per il problema della costante di Hubble».

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