La teoria della relatività generale di Einstein prevede l’esistenza dell’energia oscura, una forma misteriosa di energia che permea lo spazio e accelera l’espansione dell’Universo. E se Einstein avesse torto e non ci fosse energia oscura? Il progetto GalaxyDance sta studiando questo scenario.
Per quanto accurato si sia dimostrata finora, la relatività generale non è l’unica teoria che può giustificare la gravitazione. In effetti, ci sono varie teorie alternative ma gli scienziati non sono sicuri di come possano resistere all’osservazione e alle simulazioni.
Per colmare questa lacuna, il progetto GalaxyDance, intrapreso con il supporto del programma Marie Skłodowska-Curie, ha utilizzato informazioni codificate in peculiari statistiche di velocità delle galassie nell’universo locale, nonché osservate distorsioni dello spazio di spostamento verso il rosso (RSD) di galassie distanti.
Il Dr. Wojciech Hellwing, coordinatore del progetto e Research Fellow presso il Center for Theoretical Physics dell’Accademia polacca delle scienze, ha presentato i risultati ottenuti finora dal progetto.
Cosa rende l’espansione dell’Universo così difficile da comprendere?
Mentre approfondiamo le nostre osservazioni sull’Universo, siamo ancora perplessi da alcune delle sue proprietà. Una di queste è l’espansione accelerata dello spazio-tempo, che è attualmente attribuita all’energia oscura. Ma la verità è che dobbiamo considerare l’energia oscura solo se la teoria della gravità di Einstein è valida a tutte le scale del cosmo.
Ci sono altre possibili spiegazioni per l’espansione accelerata che non richiedono energia oscura. Queste teorie vanno oltre la relatività generale e sono comunemente chiamate “gravità modificata“. Testare la relatività generale e queste alternative su scala intergalattica è una questione urgente e importante per la moderna astronomia extragalattica, e questo è lo scopo di GalaxyDance.
Puoi dirci di più sul tuo approccio?
GalaxyDance introduce un nuovo approccio che consiste nell’utilizzare statistiche di basso ordine delle velocità e del raggruppamento delle galassie per testare la teoria della gravità di Einstein e le sue controparti. Questo test copre le scale intergalattiche, un regime in cui la teoria della gravità non è stata finora rigorosamente testata. Ho dimostrato che questo approccio ha diversi vantaggi unici: è indipendente dal modello di gravità, privo di significativi pregiudizi della galassia e in gran parte non influenzato dalla fisica barionica.
Ho usato simulazioni al computer all’avanguardia che ricreano un universo virtuale in un supercomputer. Eseguendo e analizzando queste simulazioni, possiamo testare teorie oltre il GR e delineare risultati promettenti.
Cosa rende questo approccio particolarmente innovativo?
L’uso di grandi simulazioni su supercomputer era precedentemente impossibile nei modelli oltre il GR, a causa della loro complessità e costanza numerica. Per mitigare questo problema, abbiamo deciso di utilizzare un algoritmo di accelerazione che, a scapito di una certa precisione, può modellare l’evoluzione dell’Universo in modo molto più efficiente.
Ho dimostrato con successo che, nel caso delle velocità cosmiche, un approccio così approssimato è sufficiente per ottenere risultati validi.
Quali sono i risultati più importanti del progetto?
Indubbiamente, la nuova serie di grandi simulazioni all’avanguardia delle teorie alternative che consentiranno studi senza precedenti sui campi di velocità cosmica.
Abbiamo già dimostrato che le statistiche di ordine basso del campo di velocità della galassia dovrebbero contenere un forte segnale di gravità modificata. Tuttavia, abbiamo anche dimostrato che, per misurare ed estrarre questo segnale, una modellazione dedicata e approfondita dell’impatto delle nostre strutture cosmiche vicine, come l’ammasso della galassia della Vergine, è di fondamentale importanza per il successo del nostro metodo.
Cosa speri ancora di ottenere prima della fine del progetto?
Implementeremo un’ulteriore modellizzazione dei processi che determinano i colori, la luminosità e le forme della galassia. Ciò consentirà la creazione di cataloghi di galassie artificiali che mostrano ciò che sarebbe stato creato in un universo governato da teorie alternative alla teoria della gravità di Einstein.
Da quel momento, confronteremo i nostri risultati con le osservazioni astronomiche esistenti e future per fornire nuovi severi test di gravità sulle scale più grandi.
Qual è stato il feedback della comunità scientifica finora?
Molti colleghi hanno espresso interesse e persino entusiasmo per i nostri risultati quando li abbiamo presentati a conferenze cosmologiche internazionali. Inoltre, abbiamo avviato nuove collaborazioni con colleghi che hanno competenze complementari nelle osservazioni di galassie (da Lione in Francia) e nella modellizzazione delle strutture cosmiche vicine (colleghi di Potsdam in Germania). Siamo molto entusiasti di questo.
Quale speri sarà l’impatto a lungo termine del progetto? Come si prepara la comunità scientifica per l’era dei grandi dati cosmologici?
GalaxyDance fornirà un nuovo modo per trasformare in realtà i test cosmologici delle teorie gravitazionali. I risultati finali, indipendentemente dalla teoria (energia oscura o gravità modificata), avranno conseguenze di portata vasta e rivoluzionarie per la nostra comprensione dell’Universo sulle scale più grandi.
Se i nostri test alla fine forniranno una firma della nuova fisica prevista nelle teorie oltre-GR, la nostra attuale visione e comprensione dell’evoluzione su larga scala del cosmo sarà rivoluzionata. Se, d’altra parte, la nostra indagine rafforzerà la relatività generale, significa che dobbiamo cercare di spiegare meglio il mistero dell’energia oscura.
