La natura dell'energia oscura, la forza invisibile che governa il destino ultimo del cosmo, potrebbe rivelarsi profondamente diversa da quanto ipotizzato finora. Dopo due decenni di osservazioni che sembravano confermare un'immagine stabile e immutabile di questa componente misteriosa, nuove analisi suggeriscono che l'energia oscura non sia affatto costante, ma evolva nel tempo cosmico. Si tratterebbe di una rivoluzione concettuale che metterebbe in discussione uno dei pilastri della cosmologia moderna: la costante cosmologica introdotta da Albert Einstein oltre un secolo fa per descrivere le proprietà dello spazio vuoto.
La questione dell'energia oscura rappresenta uno degli enigmi più profondi della fisica contemporanea. Sappiamo con precisione che questa forma di energia costituisce circa il 70% della massa-energia totale dell'universo, eppure non abbiamo alcuna comprensione fisica reale della sua natura. Josh Frieman, professore emerito di Astronomia e Astrofisica presso l'Università di Chicago, non nasconde l'imbarazzo della comunità scientifica: comprendere cosa determinerà l'evoluzione futura del cosmo senza sapere di cosa sia effettivamente composta la sua componente dominante rappresenta una sfida intellettuale senza precedenti.
Il nuovo studio, pubblicato sulla rivista Physical Review D nel settembre scorso, nasce dall'analisi integrata di dati provenienti da alcuni dei più importanti progetti osservativi in cosmologia: la Dark Energy Survey (DES), il Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), la Sloan Digital Sky Survey (SDSS), il satellite Planck e l'Atacama Cosmology Telescope. Frieman, insieme ad Anowar Shajib, Einstein Fellow del NASA Hubble Fellowship Program, ha confrontato sistematicamente questi dati con diversi modelli teorici, scoprendo che le formulazioni che prevedono un'energia oscura dinamica e variabile nel tempo descrivono le osservazioni meglio del modello standard basato sulla costante cosmologica.
La metodologia si fonda sull'analisi della storia dell'espansione cosmica: misurando la velocità con cui l'universo si è espanso in diverse epoche del passato, attraverso tecniche che includono l'osservazione di supernovae, le oscillazioni acustiche dei barioni e le anisotropie della radiazione cosmica di fondo, i ricercatori possono dedurre come l'energia oscura sia variata nel tempo. I risultati suggeriscono che negli ultimi miliardi di anni la densità dell'energia oscura sia diminuita di circa il 10%, una variazione modesta ma statisticamente significativa rispetto alla stabilità prevista dal modello tradizionale.
Il quadro teorico proposto si basa su una classe di particelle ipotetiche chiamate assioni, originariamente ipotizzate negli anni Settanta per spiegare alcune caratteristiche delle interazioni forti. Mentre gli assioni convenzionali sono considerati candidati plausibili per la materia oscura e sono attivamente ricercati in esperimenti come quelli condotti al Fermilab e all'Università di Chicago, il modello presentato da Frieman e Shajib riguarda una versione ultra-leggera di queste particelle. In questo scenario, l'energia oscura sarebbe rimasta effettivamente costante per i primi miliardi di anni di storia cosmica, per poi iniziare a evolvere gradualmente, come una palla che viene rilasciata su un piano inclinato e inizia a rotolare, con una conseguente lenta diminuzione della sua densità.
Le implicazioni per la comprensione dell'espansione cosmica sono profonde. Se la densità dell'energia oscura diminuisce nel tempo, anche l'accelerazione dell'espansione dell'universo rallenterà progressivamente. Questo scenario esclude gli esiti più estremi previsti da alcuni modelli cosmologici: il Big Rip, dove l'accelerazione crescerebbe fino a disgregare la materia stessa a livello atomico, e il Big Crunch, dove l'universo smetterebbe di espandersi e collasserebbe su se stesso. I modelli basati sugli assioni ultra-leggeri suggeriscono invece un futuro caratterizzato da un'espansione accelerata prolungata per miliardi di anni, culminante in un universo freddo e oscuro: il cosiddetto Big Freeze.
L'interesse verso modelli di energia oscura dinamica non è completamente nuovo nella comunità cosmologica. Già dopo la scoperta dell'accelerazione cosmica negli anni Novanta, alcuni ricercatori avevano considerato questa possibilità per risolvere discrepanze osservative. Tuttavia, fino a tempi recenti, i principali dataset robusti erano consistenti con un modello di energia oscura non evolutiva, accettato come cosmologia standard. La svolta è arrivata l'anno scorso, quando la combinazione dei dati di DES, DESI e Planck ha mostrato una discrepanza significativa con il modello standard, riaccendendo vigorosamente l'interesse per formulazioni alternative.
Una caratteristica distintiva di questa ricerca è l'approccio metodologico: anziché utilizzare formule matematiche empiriche prive di fondamento fisico, come fatto in molte analisi precedenti, Frieman e Shajib hanno confrontato direttamente con i dati modelli basati sulla fisica delle particelle. Shajib, specializzato in cosmologia osservativa ed evoluzione delle galassie, utilizza tecniche di lente gravitazionale forte per misurare la costante di Hubble e restringere i parametri dell'energia oscura, contribuendo così a collegare le osservazioni cosmologiche con predizioni teoriche verificabili.
Nonostante l'entusiasmo per questi risultati preliminari, i ricercatori mantengono la cautela necessaria alla buona pratica scientifica. Come sottolinea Frieman, dopo vent'anni di dati che supportavano costantemente un'energia oscura costante, la comunità scientifica aveva quasi rinunciato all'ipotesi di una sua evoluzione. Ora, per la prima volta in oltre due decenni, emerge un'indicazione contraria, ma potrebbe ancora rivelarsi errata. La conferma definitiva arriverà dalle survey di prossima generazione: il progetto DESI, ancora in corso, e la Legacy Survey of Space and Time del Vera Rubin Observatory dovrebbero fornire nei prossimi anni dati sufficientemente precisi per stabilire con certezza se questi modelli sono corretti o se l'energia oscura è davvero una costante cosmologica.
Al di là delle implicazioni teoriche, lo sviluppo di nuove tecnologie per esplorare queste questioni fondamentali ha ricadute pratiche significative. La costruzione di nuovi telescopi, il lancio di satelliti dedicati e lo sviluppo di rivelatori innovativi rappresentano progressi tecnologici che influenzeranno la nostra vita ben prima degli eventi cosmici che si verificheranno tra trilioni di anni.
