La relatività generale ha superato uno dei test più precisi di sempre grazie alle osservazioni degli ultimi 11 miliardi di anni di evoluzione cosmica raccolte dal Dark Energy Spectroscopic Instrument, o DESI.
La relatività generale sulla gravità ha superato i test di DESI
La teoria di Albert Einstein del 1915, la relatività generale, è rimasta la migliore descrizione della gravità da parte dell’umanità negli ultimi 100 anni. I cosmologi hanno utilizzato la relatività generale per modellare come si è evoluto il Cosmo, dai suoi primi momenti fino al suo stato attuale, e hanno mostrato come la gravità abbia riunito minuscoli grumi di materia per formare vaste galassie e ammassi di queste galassie. Mentre la relatività generale ha superato ogni test applicato ad essa su scale relativamente piccole, pochi test l’hanno sfidata su scale molto grandi.
Un team di scienziati ha eseguito uno di questi test su larga scala utilizzando DESI. Hanno osservato quasi 6 milioni di galassie e quasar, che sono cuori luminosi di galassie alimentate da buchi neri supermassicci. Forse non sorprende che questo test, che ha tracciato l’evoluzione dell’Universo da quando aveva circa 3 miliardi di anni, abbia ancora una volta dimostrato che la relatività generale è la “ricetta” giusta per la gravità.
Lo studio
“La relatività generale è stata ampiamente testata su scala di sistemi solari, ma avevamo anche bisogno di verificare che la nostra ipotesi funzionasse su scale molto più grandi“, ha affermato in Pauline Zarrouk, co-responsabile dello studio e cosmologa del Centro nazionale francese per la ricerca scientifica (CNRS) .
“Studiare la velocità con cui si sono formate le galassie ci consente di testare direttamente le nostre teorie e, finora, ci stiamo allineando con quanto previsto dalla relatività generale su scala cosmologica“.
Montato sul telescopio Nicholas U. Mayall da 4 metri del Kitt Peak National Observatory, DESI è uno strumento all’avanguardia composto da 5.000 “occhi robotici“. L’esperimento è ora al quarto anno del suo progetto quinquennale di indagine del cielo, che alla fine lo vedrà osservare circa 40 milioni di galassie e quasar.
I dati del sondaggio del cielo potrebbero essere essenziali per comprendere l’energia oscura e la materia oscura , la misteriosa sostanza che supera in peso le particelle di “materia quotidiana” che compongono stelle, pianeti, lune e tutto ciò che vediamo intorno a noi quotidianamente, ma che rimane effettivamente invisibile. Descritti collettivamente come “Universo oscuro”, l’energia oscura e la materia oscura suggeriscono che tutto ciò che comprendiamo nel cosmo rappresenta solo il 5% del suo contenuto.
“La materia oscura costituisce circa un quarto dell’Universo, e l’energia oscura un altro 70 percento, e non sappiamo realmente cosa siano né l’una né l’altra“, ha affermato il membro del team Mark Maus, ricercatore presso il Berkeley Lab e l’UC Berkeley: “L’idea di poter scattare foto dell’universo e affrontare queste grandi domande fondamentali è strabiliante“.
La relatività generale potrebbe essere la migliore descrizione della gravità che abbiamo, ma non può spiegare ogni singolo elemento dell’universo che osserviamo attualmente, in particolare l’espansione accelerata dello Spazio e l’effetto gravitazionale della materia oscura. L’accelerazione dell’espansione dello Spazio è attualmente attribuita a una forza “segnaposto” chiamata energia oscura, che sfugge alla descrizione dei modelli cosmologici fondati sulla relatività generale.
Questa incapacità di spiegare l’energia oscura ha portato alcuni scienziati a postulare alternative alla relatività generale che si basano su aggiustamenti alla teoria della gravità di Isaac Newton, che la teoria del capolavoro di Einstein ha sostituito. Queste teorie sono generalmente chiamate “teorie modificate della gravità” e spiegano le osservazioni dell’Universo senza la necessità di introdurre un’incognita, come l’energia oscura.
Oltre ad aver contribuito a convalidare il modello principale dell’Universo basato sulla relatività generale, il modello Lambda Cold Dark Matter (LCDM), i risultati del DESI hanno anche contribuito a escludere alcune teorie sulla gravità modificata. Inoltre, gli stessi risultati del DESI hanno contribuito a porre un limite superiore alla massa delle cosiddette “particelle fantasma”, ovvero i neutrini.
Conclusioni
I neutrini hanno la reputazione di essere i fantasmi dello mondo delle particelle a causa della loro mancanza di carica elettrica e del fatto che sono praticamente privi di massa. Mentre leggi questa frase, trilioni di queste particelle hanno attraversato il tuo corpo a una velocità prossima a quella della luce, rimanendo inosservati. Sono le uniche particelle fondamentali che abbiamo scoperto le cui masse non sono state definite con precisione dagli scienziati.
Mentre gli esperimenti precedenti definivano la massa inferiore dei neutrini, i risultati DESI stabiliscono un limite superiore, dando ai ricercatori un intervallo di massa più ben definito entro cui i neutrini dovrebbero risiedere.
I risultati del DESI sono descritti in diversi articoli pubblicati sul sito di ricerca arXiv
