I fisici hanno dedotto da alcuni indizi che la misteriosa energia oscura che spinge l’Universo ad espandersi sempre più velocemente potrebbe indebolirsi leggermente con il tempo. Si tratta di una scoperta che ha il potenziale di scuotere le fondamenta della fisica.
La natura dell’energia oscura
“Se fosse vero, sarebbe il primo vero indizio che abbiamo ottenuto sulla natura dell’energia oscura in 25 anni“, ha affermato Adam Riess, astrofisico della Johns Hopkins University che ha vinto il Premio Nobel per la scoperta congiunta dell’energia oscura nel 1998.
Le nuove osservazioni provengono dal team del Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), che ha svelato una mappa del Cosmo di portata senza precedenti, insieme a una miniera di misurazioni derivate dalla mappa. Per molti ricercatori, il punto forte è un grafico che mostra che tre diverse combinazioni di osservazioni insinuano tutte che l’influenza dell’energia oscura potrebbe essersi erosa nel corso degli eoni.
“È possibile che stiamo vedendo accenni di evoluzione dell’energia oscura“, ha detto Dillon Brout della Boston University, un membro del team DESI.
I ricercatori hanno sottolineato che le prove non sono abbastanza forti per sostenere una scoperta. Le osservazioni favoriscono l’erosione dell’energia oscura con un tipo di significato statistico mediocre che potrebbe facilmente svanire con dati aggiuntivi.
Gli studiosi hanno anche notato che tre distinti gruppi di osservazioni puntano tutti nella stessa interessante direzione, una direzione che è in contrasto con l’immagine standard dell’energia oscura come energia intrinseca del vuoto dello spazio, la quantità che Albert Einstein ha denominato la “costante cosmologica”. per la sua natura invariabile.
“È interessante“, ha detto Sesh Nadathur, cosmologo dell’Università di Portsmouth che ha lavorato all’analisi DESI: “Se l’energia oscura non è una costante cosmologica, sarebbe una scoperta enorme”.
Aumento della costante cosmologica
Nel 1998, il gruppo di Riess, insieme a un altro team di astronomi guidato da Saul Perlmutter, ha utilizzato la luce di dozzine di stelle lontane e morenti chiamate supernove per illuminare la struttura del Cosmo. Gli esperti hanno scoperto che l’espansione dell’Universo cresce più velocemente man mano che invecchia.
Secondo la teoria della relatività generale di Einstein, qualsiasi materia o energia può guidare l’espansione cosmica. Ma man mano che lo Spazio si espande, tutti i tipi familiari di materia ed energia diventano meno densi mentre si espandono in un Universo più spazioso. Man mano che la loro densità diminuisce, l’espansione dell’Universo dovrebbe rallentare, non accelerare.
Una sostanza che però non si diluisce con l’espansione dello Spazio è lo Spazio stesso. Se il vuoto ha un’energia propria, man mano che viene creato più vuoto (e quindi più energia), l’espansione accelererà, proprio come hanno osservato i team di Riess e Perlmutter. La loro scoperta dell’espansione accelerata dell’Universo ha rivelato la presenza di una piccola quantità di energia associata al vuoto dello Spazio: l’energia oscura.
Einstein aveva preso in considerazione tale possibilità mentre sviluppava la relatività generale. Per impedire alla diluizione della materia di far collassare l’Universo, ha ipotizzato che tutto lo Spazio potesse essere infuso con una quantità fissa di energia extra, rappresentata dal simbolo Λ, chiamato lambda, e denominata costante cosmologica.
L’intuizione di Einstein si è rivelata errata, poiché l’Universo non è equilibrato come aveva immaginato. Ma dopo la scoperta del 1998 che lo Spazio sembra spingere tutto verso l’esterno, la sua costante cosmologica è tornata e ha preso il suo posto nel cuore dell’attuale modello standard di cosmologia, un insieme di ingredienti intrecciati chiamato “modello Lambda CDM”.
“È semplice. È un numero. Ha una storia che puoi allegare ad essa. Ecco perché si ritiene che sia costante“, ha affermato Licia Verde, cosmologa teorica e membro della collaborazione DESI.
Una nuova generazione di cosmologi che brandisce una nuova generazione di telescopi potrebbe cogliere i primi echi di una storia più ricca.
Conclusioni
Se l’energia oscura si sta indebolendo, non può essere una costante cosmologica. Potrebbe invece trattarsi dello stesso tipo di campo che secondo molti cosmologi ha innescato un momento di espansione esponenziale durante la nascita dell’Universo.
Questo tipo di “campo scalare” potrebbe riempire lo Spazio con una quantità di energia che all’inizio sembra costante, come la costante cosmologica, ma che alla fine inizia a diminuire nel tempo.
“L’idea che l’energia oscura vari è molto naturale“, ha affermato Paul Steinhardt, cosmologo dell’Università di Princeton. Altrimenti, ha continuato: “Sarebbe l’unica forma di energia che conosciamo che sia assolutamente costante nello spazio e nel tempo”.
Quella variabilità comporterebbe un profondo cambiamento di paradigma: non vivremmo nel vuoto, che è definito come lo stato di energia più bassa dell’Universo. Invece, vivremmo in uno stato energico che sta lentamente scivolando verso un vero vuoto: “Siamo abituati a pensare che viviamo nel vuoto”, ha detto Steinhardt: “Ma nessuno lo ha garantito”.
Il destino del Cosmo dipenderebbe dalla velocità con cui diminuisce il numero precedentemente noto come costante cosmologica e da quanto lontano potrebbe spingersi. Se raggiungesse lo zero, l’accelerazione cosmica si fermerebbe. Se scendesse abbastanza sotto lo zero, l’espansione dello Spazio si trasformerebbe in una lenta contrazione, il tipo di inversione richiesta per le teorie cicliche della cosmologia, come quelle sviluppate da Steinhardt.
I teorici delle stringhe condividono una prospettiva simile. Con la loro proposta che tutto si riduce alla vibrazione delle corde, possono intrecciare universi con diversi numeri di dimensioni e ogni sorta di particelle e forze esotiche.
Non possono però costruire facilmente un Universo che mantenga permanentemente un’energia positiva stabile, come sembra fare il nostro Universo.
Invece, nella teoria delle stringhe, l’energia deve diminuire gradualmente nel corso di miliardi di anni oppure scendere violentemente fino a zero o a un valore negativo: “Essenzialmente, tutti i teorici delle stringhe credono che sia l’uno o l’altro. Non sappiamo quale”, ha detto Cumrun Vafa dell’Università di Harvard.
Le prove osservative di un graduale declino dell’energia oscura sarebbero un vantaggio per lo scenario di caduta dolce: “Sarebbe fantastico. Sarebbe la scoperta più importante dopo la scoperta dell’energia oscura stessa”, ha detto Vafa.
Per ora, tali speculazioni sono radicate nell’analisi DESI solo in modo molto vago. I cosmologi dovranno osservare molti altri milioni di galassie prima di prendere seriamente in considerazione l’idea di una rivoluzione.
“Se questo dovesse reggere, potrebbe aprire la strada a una nuova, potenzialmente più profonda comprensione dell’Universo”, ha concluso Riess: “I prossimi anni dovrebbero essere molto rivelatori”.
