La misteriosa energia oscura

La cosmologia con l'intuizione dell'energia oscura, ha scoperto che le galassie si allontanano più velocemente oggi rispetto a molti miliardi di anni fa

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Buona parte dei cosmologi sospettano l’esistenza di una forza misteriosa che sembra permeare l’intero universo causandone l’espansione accelerata, questa forza è stata chiamata energia oscura.

Un centinaio di anni fa gli astronomi scoprirono che l’universo non era statico e immutabile come ritenuto fino ad allora.

L’universo sembrvaa infatti attraversare una fase di espansione che vedeva le galassie allontanarsi le une dalle altre a velocità crescenti tanto più grande era la loro distanza.

La scoperta dell’espansione dell’universo cambiò l’approccio alla ricerca, l’universo poteva comportarsi in due diversi modi: poteva espandersi indefinitamente diventando sempre più buio e freddo, o poteva espandersi per poi, a causa della gravità, iniziare a contrarsi e a collassare su se stesso.

L’espansione indefinita o la contrazione dell’universo erano legate alla massa e alla velocità di espansione.



Gli astronomi ritenevano che se l’universo avesse avuto una massa inferiore a un certo valore critico si sarebbe espanso per l’eternità, mentre se avesse avuto una massa sufficiente la forza di gravità esercitata dagli ammassi di galassie, dopo un certo periodo di tempo, avrebbe portato al collasso, una sorta di Big Bang al contrario chiamato Big Crunch.

Ma da allora le cose sono cambiate ulteriormente e la cosmologia con l’intuizione dell’energia oscura, ha scoperto che le galassie si allontanano più velocemente oggi rispetto a molti miliardi di anni fa.

L’energia oscura sembra essere la forza repulsiva che potrebbe spiegare i dati osservativi raccolti finora.

Fino a oltre 20 anni fa i cosmologi ritenevano che l’universo contenesse troppa poca materia per collassare su se stesso e questo sembrava confermato dal Galaxy Redshift Survey 2dF e dallo Sloan Digital Sky Survey che sembravano indicare un’espansione indefinita con una velocità che sarebbe andata a decadere sempre più a causa della forza di gravità.

Tuttavia nel 1998, durante un sondaggio sulle supernove di tipo 1A, accadde qualcosa che avrebbe rivoluzionato la visione dell’universo.

Le supernove 1A sono estremamente utili perché emanano sempre la stessa quantità di radiazione luminosa e possono essere utilizzate come “candele standard” per calcolare le distanze delle galassie.

Il sondaggio del 1998 venne condotto da due gruppi internazionali di astronomi, tra cui gli americani Adam Riess e Saul Perlmutter, oltre a Brian Schmidt in Australia.

Utilizzando otto telescopi calcolarono il valore del tasso di espansione dell’universo considerando la distanza delle supernovae di Tipo 1A, questo valore è quello che chiamiamo “Costante di Hubble“.

I risultati del sondaggio hanno stravolto le nostre conoscenze. La luce emessa dalle supernovae IA lontane quando l’universo aveva appena 2/3 dell’età attuale è molto più debole di quanto avrebbe dovuto essere e quindi questo può significare che ha percorso una distanza maggiore.

I ricercatori avevano capito che l’universo si sta espandendo molto più rapidamente di quanto ritenuto fino ad allora.

Come sempre accade i risultati vennero accolti con scetticismo dalla comunità scientifica e le misurazioni furono ripetute da altri team di ricerca che confermarono la scoperta: l’universo non stava rallentando, anzi, l’espansione misurata sembrava in realtà accelerare.

La scoperta dell’espansione accelerata non è stata l’unica sorpresa, gli astronomi rilevarono un’altra particolarità presente nell’universo di sette/otto miliardi di anni fa.

L’espansione a quei tempi sembrava rallentare risentendo sempre meno degli effetti del Big Bang. Dopo quell’epoca una forza è intervenuta e ha iniziato a espandere l’universo sempre più velocemente, quella forza ha preso il nome di energia oscura.

I cosmologi hanno scoperto quanto può essere strano il comportamento dell’universo che a causa dell’energia oscura sembra aver ripreso vigore, L’energia oscura è un qualcosa di misterioso che sembra costituire il 68% di tutto ciò che c’è nell’universo.

Einstein e l’energia oscura

Le proprietà dell’energia oscura sembrano combaciare in una certa misura con la costante cosmologica introdotta da Einstein per rendere l’universo “statico”.

Einstein infatti non accettò l’idea che l’universo fosse in espansione preferendo il modello stazionario, popolare e comunemente accettato dal mondo accademico agli inizi del XX secolo, per questo sporcò le sue formule introducendo una forza che impediva all’universo di collassare su se stesso o di espandersi indefinitamente, come prevedevano le soluzioni delle sue equazioni.

Tuttavia, in seguito ci ripensò e la eliminò, anche perché non era stata ancora supportata da osservazioni.

Gran parte dei cosmologi oggi ritengono che l’energia oscura componga il 68% dell’universo, la normale materia meno del 5%, mentre il resto è costituito da quella che viene chiamata materia oscura, un tipo di materia che non possiamo osservare ma solo rilevare attraverso le interazioni gravitazionali.

La materia oscura potrebbe essere fatta di particelle pesanti che non interagiscono con i fotoni, per questo viene chiamata oscura.

L’energia oscura resta un mistero, non sappiamo perché si è per cosi dire, “accesa” miliardi di anni dopo il Big Bang accelerando l’espansione dell’universo e non abbiamo nessuna idea del perché non abbia fatto valere i suoi effetti subito dopo l’inflazione.

I fisici per ora si limitano a speculare sulla sua esistenza e sulla sua composizione.

Negli ultimi anni ad esempio, si ritiene che l’energia oscura sia simile a una forza chiamata “quintessenza“, una specie di campo di Higgs. Ma finora non ci sono prove osservative a supportare la speculazione.

I cosmologi, inoltre, non sanno per quanto tempo l‘energia oscura continuerà ad accelerare l’espansione dell’universo, portando a uno scenario, lontano nel futuro, in cui l’accelerazione supererà le forze che tengono insieme l’a materia stessa, lacerandola a partire dalle galassie fino ad arrivare ai costituenti fondamentali della materia, uno scenario speculativo chiamato “Grande strappo” o Big Rip.

Per avere risposte dovremo aspettare che gli strumenti oggi al lavoro ci forniscano indicazioni e gli strumenti in costruzione, ancora più potenti e sensibili, tra cui il telescopio orbitante WFIRST della NASA e il Dark Energy Survey, con sede in Cile, diventino operativi.

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