Quando osserviamo l’universo, un aspetto del quale dobbiamo necessariamente tenere conto è che non siamo osservatori immobili rispetto a ciò che osserviamo, tutt’altro: rispetto al “fondo dell’universo” – la Cmb, la cosiddetta radiazione cosmica di fondo – il Sistema solare si muove a velocità tutt’altro che trascurabile. L’effetto emerge in modo netto, per esempio, dalle mappe della temperatura del fondo cosmico a microonde, che in media è di 2,7 kelvin. In media, appunto: fra le regioni verso la quali ci muoviamo e quelle che invece ci lasciamo alle spalle la differenza dovuta al nostro moto arriva fino a 3,353 millikelvin. È la cosiddetta anisotropia di dipolo, quantitativamente la più significativa fra tutte le anisotropie del fondo cosmico. Dal dipolo è poi possibile estrapolare in che direzione e a che velocità si sta muovendo il Sistema solare nell’universo: stando alla misura appena riportata, rispetto alla Cmb corriamo a quasi 370 km/s, dunque oltre un millesimo della velocità della luce. Non poco.
L’anisotropia di dipolo ottenuta dalle misure della Cmb del satellite Cobe. Crediti: Nasa
Questo rispetto alla radiazione cosmica di fondo. Ora però una misura compiuta di recente – i risultati sono stati pubblicati questo mese su Physical Review Letters – rispetto, questa volta, non ai fotoni della Cmb bensì al segnale emesso da un elevatissimo numero di radiogalassie, ha dato un esito radicalmente diverso: mentre la direzione nella quale il Sistema solare si sta muovendo è sostanzialmente la stessa, l’ampiezza del segnale di dipolo è risultata 3,67 volte maggiore. Una discrepanza enorme: detto altrimenti, in base a questo “dipolo radio” il Sistema solare sta viaggiando a 1357 km/s. Un risultato, va sottolineato, ottenuto dai dati di tre diversi radiotelescopi, fra i quali l’array di antenne a bassa frequenza Lofar, e con una significatività statistica elevata, oltre i canonici cinque sigma.
«La nostra analisi dimostra che il Sistema solare si sta muovendo a una velocità oltre tre volte superiore rispetto a quella prevista dai modelli attuali», dice il primo autore dell’articolo, Lukas Böhme, dell’Università di Bielefeld (Germania). «Un risultato in netta contraddizione con le aspettative basate sulla cosmologia standard e che ci costringe a riconsiderare le nostre precedenti ipotesi». Va anche ricordato che questa non è la prima misura di dipolo con un sistema di riferimento diverso dalla Cmb che porta a risultati discrepanti: è già successo con i dati in infrarosso relativi all’emissione dei quasar misurati da Wise, per esempio, e anche il fondo gamma misurato con il telescopio spaziale Fermi ha restituito un dipolo d’ampiezza molto superiore a quella attesa.
Benedict Bahr-Kalus, ricercatore all’Inaf di Torino, coautore dello studio sul dipolo radio pubblicato su Physical Review Letters. Crediti: Inaf
Insomma, c’è qualcosa che non torna. Qualcosa di grosso. E già gli scienziati stanno cercando possibili spiegazioni. «Le origini di questa discrepanza possono essere varie, da errori sistematici sconosciuti fino alla possibilità di una nuova fisica», dice a Media Inaf uno dei coautori dello studio, Benedict Bahr-Kalus, ricercatore all’Inaf di Torino. «Non dobbiamo dimenticare che questa stessa anomalia è stata osservata in precedenza nei quasar rilevati dal satellite Wise. Ciò significa che, se fosse dovuta a effetti sistematici, sia le osservazioni da terra – come queste in banda radio con Lofar – che quelle in infrarosso dallo spazio, dunque a due diverse lunghezze d’onda, dovrebbero essere influenzate in modo simile, mentre i dati satellitari relativi alla Cmb no».
«Un’altra possibilità», continua Bahr-Kalus, «è quella che chiamiamo clustering dipole: l’attrazione gravitazionale fa sì che gli oggetti locali si muovano verso regioni a più alta densità, aggiungendo così una componente alla velocità derivata dal sistema di riferimento della Cmb. Stando però al modello Lambda-Cdm, e tenendo conto di ciò che pensiamo di sapere sulle distanze e sulla relazione tra la distribuzione delle radiogalassie e la materia oscura, l’effetto del clustering dovrebbe essere trascurabile. Certo, può anche essere che l’energia oscura sia più debole di quanto previsto, come suggeriscono i recenti risultati di Desi, e dunque che la materia sia più raggruppata, portando a un maggiore dipolo dovuto al clustering. Tuttavia, anche in questo caso l’effetto, seppur maggiore, dovrebbe essere assai più piccolo dell’anomalia che abbiamo osservato. Esiste poi la possibilità che una parte significativa delle nostre radiosorgenti sia più vicina di quanto pensiamo, o sia raggruppata in modo diverso da quanto previsto. Va infatti ricordato che non possiamo misurare direttamente le loro distanze, e che la popolazione radio osservata è complessa – un misto di nuclei galattici attivi e di galassie con formazione stellare in corso. In questo caso, qualunque errore potrebbe portare a un aumento dell’ampiezza del dipolo. Rimane comunque strano che la direzione del dipolo radio sia allineata con il dipolo della Cmb, quando un dipolo dovuto al clustering potrebbe teoricamente puntare in qualsiasi direzione arbitraria».
«C’è anche un’ipotesi più radicale, che implicherebbe la rottura in epoche recenti del principio cosmologico», ricorda Bahr-Kalus riferendosi a teorie che prendono in esame la possibilità che l’universo non si comporti ovunque nello stesso modo, per esempio che possa espandersi in alcune direzioni a velocità diversa rispetto ad altre. «Sebbene personalmente quest’idea non mi convinca, non possiamo scartarla completamente, se tutte le altre spiegazioni falliscono».
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review Letters l’articolo “Overdispersed radio source counts and excess radio dipole detection”, di Lukas Böhme, Dominik J. Schwarz, Prabhakar Tiwari, Morteza Pashapour-Ahmadabadi, Benedict Bahr-Kalus, Maciej Bilicki, Catherine L. Hale, Caroline S. Heneka e Thilo M. Siewert