Da oltre un secolo, il mondo scientifico è a conoscenza del fatto che l’Universo è in rapida espansione. Questo fenomeno, noto come Costante di Hubble-Lemaître, ha rappresentato una pietra miliare della cosmologia.
Tuttavia, negli anni ’90, il Telescopio Spaziale Hubble ha introdotto un’inattesa complessità: le sue misurazioni suggerivano che l’espansione fosse più lenta nell’Universo primordiale rispetto a quanto osservato nelle epoche più recenti. Questa discrepanza, conosciuta come “Tensione di Hubble”, ha portato alla nascita della teoria dell’Energia Oscura (DE) per spiegarne le cause.
La misteriosa espansione dell’Universo: la Tensione di Hubble si infittisce
La comunità scientifica riponeva grandi speranze nel Telescopio Spaziale James Webb (JWST) per risolvere la Tensione di Hubble. Purtroppo, le sue osservazioni non hanno fatto altro che complicare ulteriormente il quadro, rivelando che l’espansione cosmica potrebbe essere stata brevemente più rapida nell’Universo primordiale. Questo nuovo dato ha stimolato la formulazione di nuove teorie, tra cui quella dell’Energia Oscura Primordiale (EDE) o, in alternativa, l’ipotesi che la sua forza si sia indebolita nel tempo.
La recente ricerca condotta da Anowar J. Shajib e Joshua A. Frieman dell’Università di Chicago offre un’importante conferma a una teoria che sta guadagnando terreno nella comunità astrofisica. Utilizzando i dati raccolti dal Dark Energy Survey (DES) e dal Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), gli scienziati sono stati in grado di rafforzare l’ipotesi che l’Energia Oscura non sia una forza statica, ma piuttosto una entità dinamica, la cui intensità può cambiare nel tempo.
Lo studio di Shajib e Frieman si distingue per aver combinato una vasta gamma di misurazioni provenienti da diversi osservatori, superando così i limiti dei singoli set di dati. Questo approccio ha permesso di ottenere un quadro più completo dell’evoluzione cosmica. I risultati dimostrano che i dati osservativi si allineano meglio con i modelli di Energia Oscura dinamica rispetto a quelli basati sulla tradizionale costante cosmologica.
Questa conclusione non è del tutto nuova: già a partire dagli anni ’90, la comunità scientifica aveva teorizzato che un’Energia Oscura dinamica potesse essere la chiave per risolvere le discrepanze tra le osservazioni del Telescopio Spaziale Hubble e le misurazioni del Fondo Cosmico a Microonde (CMB), la radiazione residua del Big Bang. Le nuove scoperte forniscono, per la prima volta, prove concrete a sostegno di questa affascinante ipotesi, aprendo la strada a una nuova comprensione della natura del nostro Universo.
Oltre il modello standard della cosmologia
Recentemente, i dati più robusti in campo cosmologico si sono rivelati incoerenti con i tradizionali modelli di materia oscura non evolutiva, che sostengono che la densità di energia rimanga costante nel tempo. Questa interpretazione statica, che considera la costante cosmologica come un valore fisso, è un pilastro del Modello Standard della Cosmologia (LCDM). Tuttavia, l’interesse per teorie alternative è cresciuto grazie a una vasta gamma di osservazioni, che vanno dalle supernove alle oscillazioni acustiche barioniche (BAO), fino ai dati raccolti da missioni satellitari come la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) e il telescopio spaziale Planck.
Queste missioni hanno suggerito che la costante cosmologica, introdotta oltre un secolo fa da Albert Einstein per “contrastare la gravità”, potrebbe non essere affatto costante. I nuovi dati indicano, al contrario, che potrebbe trattarsi di un fenomeno dinamico che perde densità nel tempo. In particolare, i ricercatori Shajib e Freiman hanno scoperto che negli ultimi miliardi di anni la densità della costante cosmica di materia è diminuita di circa il 10%. Sebbene questa riduzione sia molto meno significativa rispetto a quella di altre forme di materia ed energia, il dato è comunque cruciale per una migliore comprensione dell’Universo.
Gli scienziati hanno confrontato i loro modelli fisici dell’evoluzione dell’energia oscura con i più recenti set di dati, scoprendo che tali modelli descrivono le osservazioni attuali molto meglio rispetto al modello standard non evolutivo. Questo approccio si differenzia dalle analisi precedenti, che spesso si basavano su formule matematiche non vincolate a un comportamento fisico reale.
“L’obiettivo di questo studio è confrontare le previsioni di un modello fisico per l’evoluzione dell’energia oscura con i più recenti set di dati e dedurre le proprietà fisiche dell’energia oscura da questo confronto,” hanno spiegato. I ricercatori si aspettano che indagini future, come quelle condotte dal DESI e dall’LSST del Vera Rubin Observatory, forniranno la prova definitiva per confermare se questi modelli sono corretti o se, invece, l’energia oscura è veramente costante.
I modelli sviluppati da Shajib e Freiman si basano su teorie della fisica delle particelle che ipotizzano l’esistenza degli assioni, un tipo di particella teorizzata per la prima volta negli anni ’70. Negli ultimi anni, gli assioni sono stati proposti come possibili candidati per la sfuggente Materia Oscura. In questi modelli, una versione ultraleggera degli assioni agirebbe come Energia Oscura, rimanendo costante per i primi miliardi di anni dell’Universo e cominciando a evolvere solo in un secondo momento, con un lento declino della sua densità.
Oltre il Big Rip e il Big Crunch
Se l’espansione cosmica è il motore dell’espansione accelerata dell’Universo e la sua densità diminuisce nel tempo, l’accelerazione è destinata a ridursi progressivamente. Questa dinamica esclude gli scenari più estremi e catastrofici per il destino del cosmo. Contrariamente al Big Rip, che prevede un’accelerazione continua fino alla lacerazione del tessuto stesso dello spazio-tempo, e al Big Crunch, in cui l’espansione si inverte causando un “Big Bang inverso”, i modelli attuali suggeriscono un esito differente. l’Universo, secondo queste teorie, eviterà entrambi gli estremi per andare incontro a un’espansione accelerata che durerà per miliardi di anni, culminando in un universo freddo e oscuro, noto come il Grande Gelo.
Nonostante i progressi nella comprensione dell’espansione cosmica, rimangono ancora molte domande fondamentali senza risposta. Come sottolinea il ricercatore Joshua A. Frieman, “Ora sappiamo esattamente quanta Energia Oscura ci sia nell’Universo, ma non abbiamo alcuna comprensione fisica di cosa sia.” Sebbene l’ipotesi più semplice la definisca come l’energia dello spazio vuoto, immutabile nel tempo, ammettere che circa il 70% dell’Universo sia costituito da una sostanza di cui non conosciamo la natura è un punto cruciale. La sua identità, infatti, determinerà in ultima analisi l’evoluzione futura del nostro Cosmo
Le future indagini astronomiche, come quelle condotte dal Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) e dal Vera Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time (LSST), si propongono di gettare luce sulla storia e la natura dell’espansione cosmica. Le scoperte che emergeranno da queste missioni saranno decisive per stabilire quale modello cosmologico descriva correttamente il nostro universo: il modello LCDM standard, basato su una costante cosmologica, o il più recente modello di Energia Oscura dinamica.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Physical Review D.
