Si stima che l’energia oscura costituisca quasi il 70% dell’Universo osservabile, ma ancora non è chiaro di cosa si tratti. Sebbene la sua natura rimanga misteriosa, l’impatto dell’energia oscura si fa sentire su larga scala e il suo effetto principale è quello di guidare l’espansione accelerata dell’Universo.
Energia oscura: perché è così importante
Oltre dieci anni fa, il Dark Energy Survey (DES) ha iniziato a mappare l’Universo per trovare prove che potessero aiutarci a comprendere la natura del misterioso fenomeno noto come energia oscura.
Oltre 100 scienziati hanno contribuito a produrre la misurazione finale del DES , che è stata appena pubblicata al 243esimo incontro dell’American Astronomical Society a New Orleans.
L’annuncio di New Orleans potrebbe avvicinarci ad una migliore comprensione di questa forma di energia. Tra le altre cose, ci dà l’opportunità di testare le nostre osservazioni rispetto a un’idea chiamata costante cosmologica, introdotta da Albert Einstein nel 1917 come un modo per contrastare gli effetti della gravità nelle sue equazioni per ottenere un Universo che non si espandesse né si contraesse. Einstein successivamente lo ha rimosso dai suoi calcoli.
I cosmologi in seguito tuttavia hanno rivelato che non solo l’Universo si sta espandendo, ma che l’espansione sta accelerando. Questa osservazione è stata attribuita all’ energia oscura.
Il concetto di costante cosmologica di Einstein potrebbe effettivamente spiegare l’energia oscura se avesse un valore positivo, permettendole di conformarsi all’espansione accelerata del Cosmo.
Questo stato descrive il rapporto tra pressione e densità di energia per una sostanza. Tutto nell’Universo ha un’equazione di stato. Il suo valore dice se una sostanza è simile al gas o se si comporta come un fluido. Elaborare questa cifra è il primo passo per comprendere veramente la vera natura dell’energia oscura.
La nostra migliore teoria per w prevede che dovrebbe essere esattamente meno uno (w=-1). Questa previsione presuppone anche che l’energia oscura sia la costante cosmologica proposta da Einstein. I risultati del DES sono il culmine di decenni di lavoro da parte di ricercatori di tutto il mondo e forniscono una delle migliori misurazioni finora di un parametro sfuggente chiamato “w”, che sta per “l’equazione di stato” dell’energia oscura. Dalla sua scoperta nel 1998, il valore della sua equazione di stato è stata una questione fondamentale.
Un’equazione di stato di meno uno ci dice che all’aumentare della densità energetica dell’energia oscura, aumenta anche la pressione negativa. Maggiore è la densità di energia nell’Universo, maggiore è la repulsione. In altre parole, la materia spinge contro altra materia. Ciò porta ad un Universo in continua espansione e accelerazione. Potrebbe sembrare un po’ bizzarro, poiché è controintuitivo rispetto a tutto ciò che sperimentiamo sulla Terra.
Il lavoro si avvale della sonda più diretta di cui disponiamo sulla storia dell’espansione dell’Universo: le supernove di tipo Ia. Si tratta di un tipo di esplosione stellare e agisce come una sorta di metro cosmico, permettendoci di misurare distanze incredibilmente grandi nell’Universo. Queste distanze potranno poi essere paragonate alle nostre aspettative. Questa è la stessa tecnica utilizzata 25 anni fa per rilevare l’esistenza dell’energia oscura.
La differenza ora sta nella dimensione e nella qualità del nostro campione di supernovae. Utilizzando nuove tecniche, il team DES dispone di 20 volte più dati, su un’ampia gamma di distanze. Ciò consente una delle misurazioni di w più precise di sempre, fornendo un valore di -0,8.
A prima vista, questo non è esattamente il valore meno uno che è stato previsto. Questo potrebbe indicare che non è la costante cosmologica. Tuttavia, l’incertezza su questa misurazione è abbastanza grande da consentire meno uno con una probabilità del 5%, o quote di scommessa di solo 20 a 1. Questo livello di incertezza non è ancora abbastanza buono per dirlo in un modo o nell’altro, ma è un ottimo inizio.
Il rilevamento della particella subatomica del bosone di Higgs nel 2012 al Large Hadron Collider ha richiesto una probabilità di errore di un milione su una. Tuttavia, questa misurazione potrebbe segnalare la fine dei modelli “Big Rip” che hanno equazioni di stato più negative di una. In tali modelli l’Universo si espanderebbe indefinitamente a un ritmo sempre più veloce, finendo per separare le galassie, i sistemi planetari e persino lo spazio-tempo stesso.
Gli scienziati vogliono più dati e questi piani sono già a buon punto. I risultati del DES suggeriscono che le nostre nuove tecniche funzioneranno per futuri esperimenti di supernova con la missione Euclid dell’ESA (lanciata nel luglio 2023) e il nuovo Osservatorio Vera Rubin in Cile. Questo osservatorio dovrebbe presto utilizzare il suo telescopio per scattare una prima immagine del cielo dopo la costruzione, dando un’idea delle sue capacità.
Questi telescopi di prossima generazione potrebbero trovare migliaia di supernove in più, aiutandoci a effettuare nuove misurazioni dell’equazione di stato e gettando ancora più luce sulla natura dell’energia oscura.
