Dopo quasi 13,8 miliardi di anni di espansione ininterrotta, l’universo potrebbe presto fermarsi, per poi iniziare lentamente a contrarsi, suggerisce una nuova ricerca.
In un nuovo studio, tre scienziati tentano di modellare la natura dell’energia oscura – una forza misteriosa che sembra causare un’espansione sempre più rapida dell’universo – sulla base di passate osservazioni dell’espansione cosmica. Nel modello del team, l’energia oscura non è una forza costante della natura, ma un’entità chiamata quintessenza, che può decadere nel tempo.
I ricercatori hanno scoperto che, anche se l’espansione dell’universo sta accelerando da miliardi di anni, la forza repellente dell’energia oscura potrebbe indebolirsi. Secondo il loro modello, l’accelerazione dell’universo potrebbe terminare rapidamente entro i prossimi 65 milioni di anni – poi, entro 100 milioni di anni, l’universo potrebbe smettere del tutto di espandersi, ed entrare invece in un’era di lenta contrazione che terminerà tra miliardi di anni. ora con la morte – o forse la rinascita – del tempo e dello spazio.
E tutto ciò potrebbe accadere rapidamente, ha affermato il coautore dello studio Paul Steinhardt, direttore del Princeton Center for Theoretical Science presso l’Università di Princeton nel New Jersey.
“Tornando indietro nel tempo di 65 milioni di anni, è allora che l’asteroide Chicxulub colpì la Terra ed eliminò i dinosauri”, ha detto Steinhardt. “Su scala cosmica, 65 milioni di anni sono straordinariamente brevi”.
Niente di questa teoria è controverso o non plausibile, ha dichiarato Gary Hinshaw, professore di fisica e astronomia presso l’Università della British Columbia che non è stato coinvolto nello studio. Tuttavia, poiché il modello si basa esclusivamente sulle osservazioni passate dell’espansione – e poiché la natura attuale dell’energia oscura nell’universo è un mistero – le previsioni contenute in questo articolo sono attualmente impossibili da verificare. Per ora possono restare solo teorie.
Energia del vuoto
Negli anni ’90 gli scienziati hanno capito che l’espansione dell’universo stava accelerando; lo spazio tra le galassie si sta ampliando più velocemente oggi rispetto a miliardi di anni fa. Gli scienziati hanno chiamato la misteriosa fonte di questa accelerazione energia oscura: un’entità invisibile che sembra funzionare in senso contrario alla gravità, spingendo gli oggetti più massicci dell’universo più distanti invece di avvicinarli.
Sebbene l’energia oscura costituisca circa il 70% della massa-energia totale dell’universo, le sue proprietà rimangono un mistero totale. Una teoria popolare, introdotta da Albert Einstein, è che l’energia oscura è una costante cosmologica, una forma immutabile di energia intessuta nel tessuto dello spazio-tempo. Se così fosse, e se la forza esercitata dall’energia oscura non potesse mai cambiare, allora l’universo dovrebbe continuare ad espandersi (e ad accelerare) per sempre.
Tuttavia, una teoria concorrente suggerisce che l’energia oscura non ha bisogno di essere costante per adattarsi alle osservazioni dell’espansione cosmica passata. Piuttosto, l’energia oscura potrebbe essere qualcosa chiamata quintessenza, un campo dinamico che cambia nel tempo.
A differenza della costante cosmologica, la quintessenza può essere repulsiva o attraente, a seconda del rapporto tra la sua energia cinetica e potenziale in un dato momento. Negli ultimi 14 miliardi di anni, la quintessenza ha avuto un’azione repellente. Per la maggior parte di quel periodo, tuttavia, ha contribuito in modo insignificante all’espansione dell’universo rispetto alla radiazione e alla materia, ha affermato Steinhardt. La situazione è cambiata circa cinque miliardi di anni fa, quando la quintessenza è diventata la componente dominante e il suo effetto di repulsione gravitazionale ha accelerato l’espansione dell’universo.
“La domanda che ci poniamo è: ‘Questa accelerazione deve durare per sempre”?, ha detto Steinhardt. “E in caso contrario, quali sono le alternative e quanto presto le cose potrebbero cambiare?”
La morte dell’energia oscura
Nel loro studio, Steinhardt e i suoi colleghi, Anna Ijjas della New York University e Cosmin Andrei di Princeton, hanno previsto come le proprietà della quintessenza potrebbero cambiare nei prossimi miliardi di anni. Per fare ciò, il team ha creato un modello fisico della quintessenza, che mostra il suo potere repellente e attrattivo nel tempo, per adattarsi alle osservazioni passate dell’espansione dell’universo. Una volta che il modello del team ha potuto riprodurre in modo affidabile la storia dell’espansione dell’universo, hanno esteso le loro previsioni al futuro.
“Con loro sorpresa, l’energia oscura nel loro modello può decadere con il tempo”, ha detto Hinshaw. “La sua forza può indebolirsi. E se lo fa in un certo modo, alla fine la proprietà antigravitazionale dell’energia oscura scompare e ritorna a qualcosa che è più simile alla materia ordinaria.”
Secondo il modello del team, la forza repellente dell’energia oscura potrebbe essere nel mezzo di un rapido declino iniziato potenzialmente miliardi di anni fa.
In questo scenario, l’espansione accelerata dell’universo sta già rallentando oggi. Presto, forse entro circa 65 milioni di anni, quell’accelerazione potrebbe arrestarsi del tutto; poi, entro appena 100 milioni di anni da oggi, l’energia oscura potrebbe diventare attrattiva, causando l’inizio della contrazione dell’intero universo. In altre parole, dopo quasi 14 miliardi di anni di crescita, lo spazio potrebbe iniziare a ridursi.
“Questo sarebbe un tipo molto speciale di contrazione che chiamiamo contrazione lenta”, ha affermato Steinhardt. “Invece di espandersi, lo spazio si contrae molto, molto lentamente”.
Inizialmente, la contrazione dell’universo sarebbe così lenta che qualsiasi ipotetico essere umano ancora vivo sulla Terra non noterebbe nemmeno un cambiamento, ha detto Steinhardt. Secondo il modello del team, ci vorrebbero alcuni miliardi di anni di lenta contrazione affinché l’universo raggiunga circa la metà delle dimensioni che ha oggi.
La fine dell’universo?
Da lì, potrebbero accadere due cose, sostiene Steinhardt. O l’universo si contrae fino a collassare su se stesso in un grande “crisi”, ponendo fine allo spazio-tempo come lo conosciamo – oppure l’universo si contrae quel tanto che basta per tornare a uno stato simile alle sue condizioni originali, e un altro Big Bang – oppure avviene un grande “rimbalzo”, che crea un nuovo universo dalle ceneri di quello vecchio.
In quel secondo scenario, l’universo segue uno schema ciclico di espansione e contrazione, scricchiolii e rimbalzi, che lo collassano e lo rimodellano costantemente. Se questo è vero, allora il nostro universo attuale potrebbe non essere il primo o l’unico universo, ma solo l’ultimo di una serie infinita di universi che si sono espansi e contratti prima del nostro, ha detto Steinhardt. E tutto dipende dalla natura mutevole dell’energia oscura.
Quanto è plausibile tutto questo?
Hinshaw ha affermato che l’interpretazione della quintessenza è una “supposizione perfettamente ragionevole su cosa sia l’energia oscura”. Poiché tutte le nostre osservazioni sull’espansione cosmica provengono da oggetti distanti da milioni a miliardi di anni luce dalla Terra, i dati attuali possono solo informare gli scienziati sul passato dell’universo, non sul suo presente o futuro, ha aggiunto. Quindi, l’universo potrebbe benissimo avviarsi verso una crisi, e non avremmo modo di saperlo se non molto tempo dopo l’inizio della fase di contrazione.
“Penso che tutto si riduca a quanto ritieni convincente questa teoria e, cosa ancora più importante, quanto la ritieni verificabile?”, ha aggiunto Hinshaw.
Sfortunatamente, non esiste un buon modo per verificare se la quintessenza è reale o se l’espansione cosmica ha iniziato a rallentare, ha ammesso Steinhardt. Per ora, è solo questione di adattare la teoria alle osservazioni passate – e gli autori lo fanno abilmente nel loro nuovo studio. Se un futuro di crescita infinita o di rapido decadimento attende il nostro universo, solo il tempo lo dirà.
Fonte: PNAS
