L’energia oscura è una forma ipotetica di energia proposta dai fisici per spiegare perché l’Universo non si sta solo espandendo ma lo sta facendo a un ritmo accelerato. Sappiamo da quasi 100 anni che l’universo è in espansione. Ma solo all’inizio del 21° secolo gli astronomi hanno scoperto che l’espansione sta effettivamente accelerando. Un nuovo studio suggerisce che questo fenomeno potrebbe essere più debole di quanto pensassimo.
L’enigma dell’energia oscura
La scoperta iniziale dell’accelerazione cosmica alla fine degli anni ’90 è arrivata dallo studio di alcune dozzine di supernovae di tipo Ia, o stelle nane bianche in esplosione. Queste supernove esplodono con una luminosità costante, che può poi essere confrontata con la loro luminosità apparente per misurarne la distanza.
Sorprendentemente, la luce di tutte queste antiche esplosioni è risultata alterata, o spostata, in un modo che ha indicato che si stavano allontanando da noi, e l’una dall’altra, molto più velocemente del previsto: e più l’esplosione era lontana all’inizio, più velocemente si muoveva.
Il motivo esatto per cui il tasso di espansione dell’universo sta accelerando è ancora una questione aperta. Una cosa che sappiamo è che ciò non accadrebbe se l’espansione dell’Universo fosse guidata solo dalla materia. Sta succedendo qualcos’altro e non sappiamo cosa. Gli scienziati chiamano questo punto interrogativo cosmico energia oscura.
L’energia oscura non è l’opposto dell’energia normale, né è oscura. Potrebbe anche non essere energia. È una qualità non identificata inerente al vuoto dello spazio, generalmente pensato che si comporti allo stesso modo ovunque, in ogni momento. In effetti, i cosmologi hanno integrato la versione più semplice dell’energia oscura, chiamata costante cosmologica, o lambda (Λ), nel modello standard della cosmologia del Big Bang.
Un nuovo studio su migliaia di supernovae di tipo Ia nel Dark Energy Survey (DES), pubblicato sul server di prestampa di astronomia arXiv, ha indicato che l’energia oscura potrebbe non essere “costante come le stelle”.
“La ragione per cui l’energia oscura è così stimolante”, ha dichiarato la responsabile dello studio Tamara Davis dell’Università del Queensland, Australia: “È perché potrebbe essere una delle poche sonde osservative in grado di indicarci quale teoria vera e completa della fisica potrebbe essere”.
Dallo studio delle supernovae nuove informazioni sull’energia oscura
Durante un’indagine durata cinque anni, gli astronomi hanno utilizzato una speciale fotocamera montata sul telescopio Víctor M. Blanco da 4 metri presso l’Osservatorio interamericano di Cerro Tololo per scoprire 1.635 supernove di tipo Ia provenienti da centinaia di galassie diverse sparse su una vasta gamma di distanze. La luce di queste supernovae ha un’età compresa tra 1 e 9 miliardi di anni. Utilizzando la tecnica delle candele standard, il team ha calcolato il tasso di espansione dell’Universo e ha stabilito i primi buoni vincoli sull’energia oscura.
Nella teoria più semplice, l’energia oscura è l’energia inerente al vuoto dello spazio vuoto. Ha una sorta di pressione negativa che allunga lo spaziotempo, allontanando tutto da tutto il resto. È costante nello spazio e nel tempo, motivo per cui è chiamata costante cosmologica. Ma ci sono altre teorie che suggeriscono che essa potrebbe essere più o meno densa in tutto l’Universo.
Per descriverla, i fisici hanno calcolato la sua equazione di stato, che si scrive come Pressione = w * densità. Il valore di w determina la natura dell’energia oscura e valori diversi hanno ramificazioni diverse per il destino dell’Universo.
Lo scenario più semplice è w = −1, il che significa che l’energia oscura è una costante cosmologica come nel modello standard. In questo caso, l’universo continuerà ad espandersi finché tutto non si raffredderà fino allo zero assoluto, in un Grande Freddo. Se w fosse inferiore a −1, la sua densità aumenterebbe e tutto potrebbe finire in modo molto più drammatico in un Big Rip.
“Fondamentalmente stiamo ponendo una semplice domanda”, ha affermato Davis: “L’energia oscura è costante? Oppure cambia?“.
Confrontando la luminosità osservata di questo nuovo e massiccio set di dati di supernova con le aspettative teoriche per diversi valori di w , il team DES ha trovato una misurazione di w = -0,8, il che significa che la costante cosmologica non è la soluzione migliore per i loro dati.
Davis tuttavia ha notato che il loro risultato non crea un’enorme discrepanza. Questo non esclude completamente il Grande Freddo, ad esempio, perché le fluttuazioni casuali nei dati potrebbero riprodurre il segnale trovato circa il 5% delle volte: “Ma è già abbastanza allettante. Forse l’Universo non è così semplice come pensavamo”, ha aggiunto
L’energia oscura è una costante cosmologica?
Quindi, anche se è ancora possibile che l’energia oscura abbia un effetto costante nel tempo e nello spazio, sono possibili idee alternative, con lievi variazioni nella sua densità nel tempo cosmico. E se si era preoccupati per il Big Rip, possiamo tranquillizzarci: la nuova misurazione sembra averlo escluso.
Nel frattempo sono necessarie osservazioni più su larga scala, per vedere se i risultati del DES sono riproducibili. Che l’energia oscura si riveli o meno una costante cosmologica, il progresso nella tecnologia e nelle tecniche rappresentato dal DES e il conseguente enorme contributo di dati sulle supernove fornito dallo studio non possono essere sottovalutati.
Mickaël Rigault, del Centro nazionale francese per la ricerca scientifica, che non ha partecipato alla ricerca, è particolarmente colpito dalla tecnica di apprendimento automatico che ha permesso al gruppo di scoprire supernovae utilizzando solo i dati di luminosità: “Hanno semplicemente usato una macchina fotografica, agganciata a un telescopio e, con questa nuova tecnica, hanno scoperto non solo poche centinaia, ma più di 1.000 supernovae”.
Per quanto riguarda la discrepanza nella misurazione dell’energia oscura, non ne è così sicuro: “È una fluttuazione interessante. Penso che possiamo ancora considerare l’energia oscura come una costante cosmologica. Ma vedremo”, ha concluso.
