La polemica sul tasso di espansione dell’universo ora coinvolge anche l’esistenza o meno dell’Energia Oscura

Uno studio ha messo in dubbio l'esistenza della misteriosa forza antigravitazionale nota come energia oscura, provocando la reazione dei cosmologi ortodossi.

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L’energia oscura, per quanto misteriosa, è ormai diventata parte integrante della cosmologia. L’Energia Oscura, la cui esistenza è stata acclarata nel 1998, quando gli astronomi scoprirono che l’espansione dell’universo continua ad accelerare nel tempo grazie all’azione di questa misteriosa forma di energia. Man mano che lo spazio si espande, sorge nuovo spazio, e con esso aumenta l’energia oscura, che fa espandere lo spazio ancora più velocemente.

Due decenni dopo, molteplici misurazioni indipendenti concordano sul fatto che l’energia oscura comprende circa il 70% dei contenuti dell’universo. Si tratta di un concetto così radicato nella nostra attuale comprensione del cosmo che è stata una sorpresa quando un recente articolo pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics ha messo in dubbio la sua esistenza.

I quattro autori, tra cui il fisico Oxford Subir Sarkar, hanno analizzato i dati provenienti da centinaia di supernova – le esplosioni stellari che hanno fornito le prime prove dell’accelerazione cosmica, una scoperta che ha valso a tre astronomi il Premio Nobel 2011 per la fisica.

Quando Sarkar e i suoi colleghi hanno osservato le supernova, non hanno visto un universo che accelera uniformemente in tutte le direzioni a causa dell’energia oscura. Piuttosto, sostengono, le supernova hanno restituito quei dati perché la nostra regione del cosmo sta accelerando in una direzione particolare, approssimativamente verso la costellazione del Centaurus nel cielo meridionale.

Molti ricercatori hanno elogiato la dissezione approfondita dell’articolo di Sarkar.Gli argomenti di Rubin et al. sono molto convincenti“, ha detto Dragan Huterer, un cosmologo dell’Università del Michigan.

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Tuttavia, Sarkar e i suoi coautori – Jacques Colin e Roya Mohayaee dell’Istituto di astrofisica di Parigi e Mohamed Rameez dell’Università di Copenaghen – non sono d’accordo con le critiche. Giorni dopo la pubblicazione del documento di Rubin e Heitlauf, hanno pubblicato una confutazione della confutazione.

La comunità cosmologica rimane impassibile. Huterer ha affermato che questa ultima risposta a volte “manca il punto” e tenta di discutere principi statistici “non negoziabili”. Dan Scolnic , un cosmologo esperto delle supernovae della Duke University, ha ribadito che “l’evidenza dell’esistenza dell’energia oscura dalle sole supernove è significativa e sicura“.

L’espansione dello spazio allunga la luce, portandola verso il rosso. Quanto più sono lontane, tanto più le supernovae appaiono “spostate verso il rosso” perché la loro luce deve effettuare un percorso più lungo attraverso lo spazio in espansione. Se lo spazio si espandesse a un ritmo costante, lo spostamento verso il rosso di una supernova sarebbe direttamente proporzionale alla sua distanza, e quindi alla sua luminosità.

Ma in un universo in accelerazione pieno di energia oscura, lo spazio si è espanso meno rapidamente in passato di quanto non faccia ora. Ciò significa che la luce di una supernova si sarà allungata meno del previsto durante il suo lungo viaggio verso la Terra, dato quanto lentamente lo spazio si è espanso per gran parte del tempo.

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Una supernova situata a una data distanza (indicata dalla sua luminosità) apparirà significativamente meno spostata verso il rosso rispetto a un universo senza energia oscura. In effetti, i ricercatori hanno scoperto che il redshift e la luminosità delle supernova si ridimensionano proprio in questo modo.

Nel loro recente articolo, Sarkar e collaboratori hanno adottato un approccio non convenzionale all’analisi. Normalmente, qualsiasi studio sui dati delle supernova deve tenere conto del movimento della Terra: mentre la Terra orbita attorno al sole, che orbita attorno alla galassia, che orbita attorno al gruppo locale di galassie, noi ed i nostri telescopi ci muoviamo nello spazio a circa 600 chilometri al secondo. Il nostro movimento è verso una regione vicino alla costellazione del Centauro. Di conseguenza, la luce proveniente da quella direzione è soggetta allo spostamento Doppler, che la rende più blu della luce che arriva dalla parte opposta del cielo.

È una procedura standard quella di correggere questo movimento e trasformare i dati di supernova in un frame di riferimento stazionario. Ma Sarkar e il suo gruppo non hanno seguito questa procedura. “Se non si sottrae quel [movimento], allora si inserisce lo stesso spostamento Doppler nei dati della supernova“, ha spiegato Rubin in un’intervista. “La nostra affermazione è che la maggior parte dell’effetto è dovuto al movimento del sistema solare“.

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Un altro problema con il documento, secondo Rubin e Heitlauf, è che Sarkar e colleghi sono partiti da un “presupposto chiaramente errato”: non sono riusciti a spiegare il fatto che la polvere cosmica assorbe più luce blu che rossa.

Per questo motivo, una supernova in una regione relativamente “pulita”, priva di polvere, appare particolarmente blu, poiché c’è meno polvere che altrimenti assorbirebbe la sua luce blu. La mancanza di polvere significa anche che sembrerà più luminosa. Pertanto, le supernove lontane che individuiamo con i nostri telescopi sono sproporzionatamente blu e luminose. Se non controlli l’effetto della polvere dipendente dal colore, inferirai meno differenza tra la luminosità delle supernove vicine (in media, più polverose e rosse) e le supernove lontane (in media, più blu e più luminose) – e di conseguenza, inferirai meno accelerazione cosmica.

La combinazione di queste e altre decisioni insolite ha permesso al gruppo di Sarkar di modellare i propri dati di supernova con un termine “dipolo“, un’accelerazione che punta in una sola direzione e solo un termine “monopolo” piccolo, o forse zero, che descrive il tipo di accelerazione uniforme che significa energia oscura.

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Questo modello di dipolo ha altri due problemi, affermano Rubin e Heitlauf. Innanzitutto, il modello include un termine che indica la velocità con cui l’accelerazione del dipolo scende a zero man mano che ci si allontana dalla Terra;

Sarkar e la compagnia hanno ridotto questa distanza, il che significa che il loro modello non è testato da un ampio campionamento di supernova.

E in secondo luogo, il modello non soddisfa un controllo di coerenza che coinvolge la relazione tra i termini dipolo e monopolo nelle equazioni.

Il giorno in cui è apparso il documento di Rubin e Heitlauf, Sarkar ha commentato di non pensare che vadano apportate modifiche all’analisi effettuata dal suo gruppo. Lui e il suo team hanno presto pubblicato la loro confutazione dei quattro punti del duo, per lo più ribadendo le giustificazioni precedenti. Hanno citato le ricerche di Natallia Karpenka, una cosmologa che ha lasciato il mondo accademico per una carriera nella finanza, per sostenere una delle loro scelte, ma hanno frainteso il suo lavoro, secondo Rubin. Altri quattro cosmologi contattati da Quanta Magazine hanno sostenuto che la replica non cambia l’opinione generale sul loro lavoro.

Coloro che trovano difficili da seguire sull’analisi dei dati dovrebbero tenere presente che i dati ricavati dalle supernovae sono convalidati da altre prove dell’accelerazione cosmica. Nel corso degli anni, l’esistenza dell’energia oscura è stata dedotta dall’antica luce chiamata sfondo cosmico a microonde, fluttuazioni della densità dell’universo chiamate oscillazioni acustiche barioniche, forme distorte gravitazionalmente delle galassie e raggruppamento della materia nell’universo.

Sarkar e colleghi fondano il loro lavoro in un rispettabile corpus di ricerche sul “problema dell’adattamento cosmologico“. I calcoli di parametri cosmologici come la densità dell’energia oscura (che è rappresentata nelle equazioni di gravità di Albert Einstein dalla lettera greca lambda) tendono a trattare l’universo come liscio, mediando sulle disomogeneità dell’universo, come le galassie ed i vuoti. Il problema appropriato chiede se questa approssimazione potrebbe portare a inferenze errate sui valori di costanti come lambda o se potrebbe anche suggerire la presenza di una lambda che non esiste.

Ma l’ultima ricerca sulla questione, inclusa un’importante simulazione cosmologica pubblicata questa estate, respinge questa possibilità. Le disomogeneità “potrebbero cambiare lambda dell’1 o 2%“, ha dichiarato Ruth Durrer dell’Università di Ginevra, co-autore di quel documento, “ma non sono riusciti a liberarsene. È semplicemente impossibile“.

Fonte: Quanta Magazine