Sebbene la comunità scientifica concordi ampiamente sul fatto che l’espansione cosmica sia costante, permane un profondo disaccordo sulla velocità precisa con cui questo fenomeno si verifichi. Il tasso di espansione è definito dalla costante di Hubble, un parametro che prende il nome dall’astronomo Edwin Hubble, pioniere della scoperta del movimento galattico. Attualmente, la cosmologia moderna deve affrontare una sfida significativa nota come tensione di Hubble, causata dal fatto che i due metodi principali utilizzati per misurare tale valore forniscono risultati sistematicamente divergenti e contrastanti.
Il dilemma dell’espansione cosmica
Un recente filone di ricerca ha ipotizzato che la soluzione a questo mistero possa derivare da un’idea originariamente concepita per spiegare l’origine dei campi magnetici nell’universo. Gli studiosi stanno esplorando la possibilità che campi magnetici estremamente deboli, risalenti ai primi istanti successivi al Big Bang, abbiano influenzato l’evoluzione cosmica. Questa indagine non solo promette di risolvere la tensione di Hubble, ma offre anche una prospettiva inedita sulla fisica delle alte energie, raggiungendo livelli di potenza impossibili da riprodurre in qualsiasi laboratorio terrestre.
La determinazione della costante di Hubble si avvale di due approcci concettualmente distinti. Il primo metodo è di natura indiretta e si basa sulle previsioni del modello cosmologico standard, calibrato per interpretare il fondo cosmico a microonde, ovvero la radiazione residua prodotta dal Big Bang.
Grazie alle misurazioni effettuate da strumenti di precisione come il Telescopio Spaziale Planck, gli astronomi hanno analizzato le minuscole fluttuazioni di questa luce antica. Da tali dati emerge la previsione di una costante di Hubble pari a circa 67 chilometri al secondo per megaparsec. Quest’ultima unità di misura, fondamentale in astronomia, corrisponde a un milione di parsec, dove ogni singolo parsec equivale a circa 3,26 anni luce.
Il metodo della scala delle distanze cosmiche
Il secondo approccio per la determinazione della costante di Hubble si distingue per essere più diretto e ricalca concettualmente le osservazioni pionieristiche effettuate negli anni ’20. Questo metodo calcola la velocità di allontanamento delle galassie rispetto alla Via Lattea analizzando la luminosità delle supernovae di tipo Ia. Queste esplosioni stellari sono considerate dai ricercatori come vere e proprie “candele standard”, poiché la loro luminosità intrinseca è uniforme in tutto l’universo. Tale caratteristica permette agli astronomi di stabilire la distanza di una galassia basandosi semplicemente sulla minore o maggiore intensità della luce che giunge ai telescopi.
Per definire con precisione la luminosità di riferimento, gli scienziati si avvalgono di altre sorgenti luminose note come stelle Cefeidi, situate nelle galassie più vicine. Grazie all’impiego di strumentazioni avanzate come i telescopi spaziali Hubble e James Webb, le osservazioni condotte con questo metodo indicano un valore dell’espansione pari a circa 73 km/s/Mpc. Sebbene lo scarto rispetto al valore di 67 km/s/Mpc derivato dal fondo cosmico possa apparire contenuto, esso rappresenta una differenza statisticamente rilevante. Questa discrepanza suggerisce che il modello cosmologico standard possa essere incompleto o che esistano fenomeni fisici non ancora pienamente compresi.
Una possibile spiegazione a questa incoerenza potrebbe risiedere nei campi magnetici che pervadono l’universo su scale vastissime, dalle galassie fino ai vuoti cosmici. Una teoria consolidata ipotizza che il magnetismo non sia solo un prodotto delle stelle, ma abbia avuto origine nelle fasi primordiali del cosmo, ben prima della nascita delle prime strutture galattiche. Lo studio di questi campi magnetici primordiali offre ai ricercatori un’opportunità unica per indagare le energie estreme dell’universo neonato attraverso le tracce lasciate nella radiazione cosmica di fondo.
Nel 2011, alcuni studiosi hanno evidenziato come il magnetismo primordiale avrebbe potuto influenzare la fase della ricombinazione, ovvero il momento in cui protoni ed elettroni si unirono per formare l’idrogeno neutro, rendendo l’universo trasparente alla luce. La presenza di tali campi avrebbe esercitato una forza sulle particelle cariche, rendendo la distribuzione della materia meno uniforme. In questo scenario, l’idrogeno si sarebbe formato più rapidamente nelle zone a maggiore densità, accelerando l’intero processo.
Modificando il momento esatto in cui l’universo divenne trasparente, i campi magnetici alterano inevitabilmente la scala di riferimento utilizzata per misurare le distanze cosmiche. Questo effetto ha una conseguenza diretta sul calcolo della costante di Hubble dedotta dai modelli teorici. Ricerche pubblicate nel 2020 hanno effettivamente dimostrato, attraverso modelli di ricombinazione semplificati, che l’integrazione del magnetismo primordiale permette di armonizzare i dati contrastanti, contribuendo in modo significativo a ridurre la cosiddetta tensione di Hubble e a offrire una visione più coerente dell’evoluzione universale.
Simulazioni avanzate del plasma primordiale
Il recente studio si è avvalso delle prime simulazioni tridimensionali complete del plasma primordiale, integrando al loro interno i campi magnetici per tracciare con precisione il processo di formazione dell’idrogeno. Grazie a questi modelli digitali, i ricercatori hanno potuto ricostruire la storia della materia nelle fasi nascenti del cosmo, utilizzandola per generare previsioni accurate sull’aspetto che la radiazione cosmica di fondo dovrebbe assumere in presenza di magnetismo primordiale. Tali proiezioni teoriche sono state poi sottoposte a un rigoroso confronto con le osservazioni astronomiche reali fornite dai satelliti.
La radiazione cosmica di fondo è un indicatore estremamente sensibile a qualsiasi variazione avvenuta durante la fase di ricombinazione. Se l’azione dei campi magnetici avesse prodotto alterazioni non coerenti con i dati rilevati, l’ipotesi sarebbe stata invalidata; al contrario, i risultati hanno confermato la solidità della proposta. Attraverso l’analisi di diverse combinazioni di set di dati, è emersa una preferenza costante per la presenza di questi campi primordiali, con una rilevanza statistica compresa tra 1,5 e 3 deviazioni standard. Sebbene non costituisca ancora una prova definitiva, questo valore rappresenta un indizio scientifico di notevole importanza.
Un aspetto altrettanto cruciale riguarda l’intensità dei campi rilevati, stimata oggi tra i 5 e i 10 pico-Gauss. Tale misura risulta coerente con i valori necessari affinché il magnetismo osservato attualmente nelle galassie e negli ammassi possa aver avuto origine proprio da questi antichi “semi” primordiali. L’unità di misura del pico-Gauss permette così di connettere fenomeni avvenuti a ridosso del Big Bang con le strutture macroscopiche che popolano l’universo contemporaneo.
La conferma definitiva del magnetismo primordiale non si limiterebbe a risolvere la tensione di Hubble, ma aprirebbe una finestra senza precedenti sulle condizioni dell’universo quando questo aveva appena una frazione di secondo di vita. Una simile scoperta permetterebbe di osservare indirettamente eventi fondamentali legati alla nascita stessa dello spazio e del tempo.
I risultati ottenuti dimostrano che la teoria è in grado di superare i test più complessi oggi disponibili, fissando obiettivi chiari per le missioni osservative dei prossimi anni. Il futuro della cosmologia determinerà se questi minuscoli campi magnetici, residui dell’alba dei tempi, siano stati i veri architetti dell’Universo visibile.
Lo studio è stato pubblicato su The Conversation.
