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Espansione dell'Universo, nuova ricerca per vederci chiaro

Una nuova ricerca pubblicata su Nature cerca di fare chiarezza sulla velocità di espansione dell'Universo facendo uso di una variazione della costante di Hubble.

Espansione dell'Universo, nuova ricerca per vederci chiaro

Dei numerosi misteri del Cosmo, ce n'è uno che turba enormemente gli scienziati, forse ancor più di quello che riguarda la ben nota materia oscura, con la quale condivide parte del nome. Mi riferisco in effetti alla sfuggente ed enigmatica energia oscura.

Scoperta alla fine degli anni '90, questa forma di energia è la responsabile dell'espansione accelerata dell'Universo, oltre che di circa il 70% del suo contenuto. Ma andiamo con ordine. Come ricorderete, in base alla famosa legge di Hubble, l'Universo in cui viviamo è in costante espansione, per effetto della spinta propulsiva dovuta al Big Bang, per cui in qualunque punto dell'Universo ci si metta (mi dispiace ma dovrete rassegnarvi al fatto che non occupiamo alcun posto speciale nel Cosmo) si vedranno le galassie allontanarsi dal punto di osservazione. Maggiore è la distanza da cui si osserva, maggiore sarà la velocità di recessione, proporzionalmente a una quantità nota come costante di Hubble (H).

costante di Hubble
Costante di Hubble

In base a quanto si sapeva fino a circa vent'anni fa, era lecito aspettarsi che la forza iniziale dovuta al Big Bang andasse esaurendosi col tempo, per cui l'Universo avrebbe dovuto man mano rallentare la sua espansione per effetto della forza di gravità. Invece grande fu la sorpresa quando due diversi team di scienziati (premiati recentemente con il Nobel) si accorsero che non solo non vi era alcun rallentamento, bensì l'espansione stava addirittura accelerando. Si cominciò dunque a ragionare su cosa potesse generare questa accelerazione, per cui venne introdotto il concetto di energia oscura. Una forma di energia misteriosa, che permeerebbe lo spazio-tempo, interagendo con esso e causando l'accelerazione dell'Universo.

Mappa del fondo cosmico di Microonde realizzata dalla missione PLANCK 2013
Mappa del fondo cosmico di Microonde realizzata dalla missione PLANCK (2013)

Il problema sta nel fatto che secondo la Teoria della Relatività di Einstein dire energia o massa è la stessa cosa. Stando l'accelerazione misurata, l'energia oscura costituirebbe dunque circa il 70% del contenuto dell'intero Universo, dove il 27% è dato dal termine di materia oscura e appena il 3% sarebbe la materia luminosa ordinaria di cui siamo fatti e con la quale interagiamo ogni giorno. In pratica stiamo ammettendo di non conoscere praticamente nulla del mondo in cui viviamo, visto che a tutt'oggi, cosa siano la materia e l'energia oscura rimane un mistero.

Questa lunga introduzione era necessaria per comprendere la ricerca pubblicata di recente su Nature Astronomy da un gruppo di ricercatori, tra cui l'italiano Marco Raveri, e che potrebbe avere implicazioni affascinanti dal punto di vista cosmologico. Il lavoro parte dalle recenti misure effettuate sulla costante di Hubble, detta anche la costante meno costante dell'Universo. Nel corso della sua storia infatti, essa è mutata più volte, passando da un valore di circa 500 km/s/Mpc (kilometri al secondo per megaparsec) a un valore che oggi si assesta intorno ai 70 km/s/Mpc.

Edwin Hubble
Edwin Hubble

Il problema è che a seconda di cosa si utilizzi per misurarla, si ottengono valori diversi. Utilizzando infatti misure dell'Universo "vicino", si ottiene un valore di circa 73 km/s/Mpc. La stessa costante però può essere misurata anche per mezzo della cosiddetta radiazione di fondo cosmico. Si tratta di una radiazione a 3 kelvin che permea tutto l'Universo, e che viene considerata una sorta di eco del Big Bang. Tramite quest'ultima, il valore ottenuto per H è di 67,8 km/s/Mpc.

Utilizzare la radiazione di fondo però vuol dire spingersi molto in là nell'Universo, e quindi equivale a osservare indietro nel tempo, a qualcosa come 300.000 anni dopo il Big Bang. In altre parole stiamo paragonando due valori ottenuti rispettivamente quando l'Universo era ancora "giovanissimo" e ora che di anni ne ha circa 13 miliardi.

Assumendo che non vi siano errori nelle misure e nei modelli, gli autori dell'articolo hanno quindi provato a interpretare questa variazione della costante di Hubble in base a una variazione della stessa energia oscura. Energia che non sarebbe più statica, ma dinamica, ovvero che varierebbe sia nello spazio che nel tempo, andando a modificare il tasso di espansione dell'Universo e quindi, di riflesso, il valore di H.

Euclid
Euclid

Immagino che ora molti di voi staranno pensando quale grave disturbo mentale affligga noi astronomi per preoccuparci così tanto di una così piccola variazione di una costante. Il problema è che avere informazioni più certe su queste quantità, e in particolare sul comportamento e la natura dell'energia oscura, potrebbe portarci a capire quale sarà il destino ultimo del nostro Cosmo.

L'Universo è infatti un sistema dinamico in evoluzione, e come ha avuto un inizio, potrebbe un giorno avere una fine, che dipende dal tipo di modello cosmologico che applichiamo e dai parametri che ne modificano il comportamento. Spiegare ora tutte le possibili variabili e le conseguenze che queste implicano sarebbe fuori luogo, ma vi basti sapere che se il tasso di espansione accelerata non si modificasse, anzi continuasse a crescere così com'è oggi, una delle ipotesi in campo prevede la disintegrazione dell'Universo, che verrebbe letteralmente fatto a pezzi dall'energia oscura. Ovviamente c'è da stare tranquilli, perché parliamo di miliardi e miliardi di anni da ora. Se però a un certo punto il vostro PC, dal quale state leggendo questa notizia, dovesse essere scomposto nelle sue particelle elementari, sapete con chi prendervela.

Viene chiaramente da chiedersi quando avremo risposte più definitive in proposito. Come mi è già capitato di dire altre volte in passato, grandi miglioramenti su questi temi potremmo averli con la prossima generazione di strumenti, e in particolare con la missione Euclid e con l'entrata in funzione dello Square Kilometer Array (leggi anche: Telescopi spaziali del futuro, quanti esopianeti troveremo!).

 

Antonio D'Isanto è dottorando in astronomia presso l'Heidelberg Institute for Theoretical Studies in Germania. La sua attività di ricerca si basa sulla cosiddetta astroinformatica, ovvero l'applicazione di tecnologie e metodologie informatiche per la risoluzione di problemi complessi nel campo della ricerca astrofisica. Si occupa inoltre di reti neurali, deep learning e tecnologie di intelligenza artificiale ed ha un forte interesse per la divulgazione scientifica. Da sempre appassionato di sport, è cintura nera 2°dan di Taekwondo, oltre che di lettura, cinema e tecnologia. Siamo felici di annunciarvi che collabora con Tom's Hardware per la produzione di contenuti scientifici.


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Se l'espansione dell'Universo vi affascina ma non avete basi di astrofisica, meglio iniziare dalla Relatività. Un buon libro è Relatività. Esposizione divulgativa.

 

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