Proposto un nuovo modello di inflazione cosmica nel quale la gravità e la meccanica quantistica possono essere sufficienti a spiegare come si è formata la struttura a grande scala del cosmo. Crediti per l’illustrazione: University of Barcelona’s Institute of Cosmos Sciences (Iccub)
Descrivere com’è nato l’universo, i suoi primissimi “istanti di vita”, non è semplice. O invece sì? A suggerire che si possa fare a meno di molti dei protagonisti esotici – e mai osservati – che si sono succeduti e sedimentati negli ultimi decenni per spiegare l’origine e l’evoluzione dell’universo e la sua struttura a grande scala è un articolo, pubblicato la settimana scorsa su Physical Review Research, che presenta un nuovo modello senza campi o particelle ipotetiche quali, per esempio, l’inflatone.
“Inflazione senza inflatone”, è infatti il titolo del nuovo studio. Secondo i suoi autori – Daniele Bertacca e Sabino Matarrese dell’Università di Padova, Raul Jimenez dell’Università di Barcellona a Angelo Ricciardone dell’Università di Pisa – le fluttuazioni quantistiche nello spazio-tempo sono state sufficienti a seminare le piccole differenze di densità che hanno poi dato origine a galassie, stelle e pianeti. Il tutto descritto attraverso uno spazio-tempo ampiamente consolidato: il cosiddetto spazio di de Sitter. Uno scenario elegante, insomma, in un certo senso minimalista.
«L’eleganza è proprio legata alla semplicità del modello proposto e all’assenza di parametri liberi», dice il primo autore, Daniele Bertacca. «Inoltre, ci aspettiamo che sia in grado di spiegare in modo elegante e naturale la scala di energia e la durata temporale dell’inflazione. Entrambe determinano tutte le predizioni osservabili e sono necessarie per risolvere il problema dell’orizzonte cosmologico e della piattezza».
Daniele Bertacca, ricercatore al Dipartimento di fisica e astronomia “Galileo Galilei” dell’Università di Padova, associato Inaf e Infn, primo autore dell’articolo “Inflation without an inflaton” pubblicato su Physical Review Research
Bertacca, quali sono le complicazioni delle quali, grazie al vostro modello, potremmo sbarazzarci?
«Negli ultimi decenni, i cosmologi hanno fatto predizioni sulle proprietà attuali dell’universo, adottando il paradigma dell’inflazione, un modello che suggerisce come l’universo si sia espanso in modo incredibilmente rapido, preparando il terreno per tutto ciò che osserviamo oggi. Il paradigma inflazionario è in grado di spiegare perché il nostro universo sia così omogeneo e isotropo e, allo stesso tempo, perché contenga strutture disomogenee, come galassie e ammassi di galassie. Ma c’è un problema: questa teoria include troppi parametri “liberi”, ovvero parametri “regolabili”, che possono essere modificati a piacimento. Nella scienza troppa flessibilità può essere problematica perché rende difficile capire se un modello adottato stia veramente prevedendo qualcosa o se si stia semplicemente adattando, a posteriori, ai dati osservati. Per la precisione, il modello che proponiamo per l’universo primordiale non ha bisogno di nessuno di questi parametri arbitrari, ma di una sola scala di energia che determina tutte le predizioni osservabili».
Energia oscura e materia oscura dunque rimangono, anche nel vostro modello, giusto?
«Assolutamente. La materia oscura e l’energia oscura rimangono. Tuttavia, se si ripetesse lo stesso esercizio fatto nell’articolo in relazione all’attuale energia oscura, potrebbero emergere conseguenze e interpretazioni interessanti relative alla natura dell’energia oscura, quella che permette l’accelerazione dell’universo oggi».
Il vostro è uno scenario, scrivete, in cui a guidare l’inflazione sarebbe uno “spazio di de Sitter”. Vale a dire?
«Lo spazio-tempo di de Sitter è un modello geometrico di universo dominato dall’energia del vuoto, che si espande accelerando: uno spazio-tempo che si espande in modo accelerato in ogni punto, come un palloncino che si gonfia sempre più velocemente».
E le onde gravitazionali? Che ruolo hanno, nel vostro modello? In che modo interagirebbero con le fluttuazioni quantistiche?
«Come spieghiamo nell’articolo, il nuovo modello suggerisce che le naturali oscillazioni quantistiche dello spazio-tempo stesso sotto forma di onde gravitazionali quantistiche (gravitoni) siano state sufficienti a innescare le minuscole fluttuazioni di densità che alla fine hanno dato origine a galassie, stelle e pianeti».
Sottolineate anche che il vostro è uno scenario falsificabile: in che modo?
«Certamente, con misure e osservazioni che i ricercatori possono oggi analizzare, valutare e confrontare con i dati misurati da esperimenti terrestri e dallo spazio. Ad esempio, legate al fondo cosmico di microonde, chiamato Cmb, e allo studio della struttura su grande scala dell’universo».
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review Research l’articolo “Inflation without an inflaton”, di Daniele Bertacca, Raul Jimenez, Sabino Matarrese e Angelo Ricciardone