Un recente studio sembra dimostrare che l’universo non è isotropo ma ha una direzionalità, come un dipolo elettrico

Forse ai margini più estremi dell’universo le costanti non sono poi cosi “costanti” come pensavamo.
Siamo in attesa di una teoria che unifichi la relatività e la meccanica quantistica, una teoria del “tutto” che forse non vedremo mai, soprattutto se gli astrofisici continueranno a trovare indizi che una delle costanti cosmologiche non è poi così costante. Gli scienziati dell’UNSW di Sydney hanno effettuato quattro misurazioni della luce emessa da un quasar distante 13 miliardi di anni luce, queste misurazioni confermano altri studi che avevano rilevato minuscole variazioni nella struttura fine. Lo studio è stato pubblicato su Science Advances.
La costante di struttura fine, o costante di Sommerfeld, indicata con αe, è una misura dell’elettromagnetismo, una delle quattro forze fondamentali della natura che comprendono la forza di gravità, la forza nucleare debole e la forza nucleare forte. Il professor John Webb della UNSW ha spiegato in un’intervista rilasciata a Science che: “È un numero adimensionale, il rapporto tra la velocità della luce, la costante di Planck e la carica dell’elettrone, ed è il numero che i fisici usano per misurare l’intensità della forza elettromagnetica”.
La forza elettromagnetica permette agli elettroni di orbitare attorno agli atomi, senza questa forza fondamentale la coesione della materia non avrebbe luogo. Questa forza, fino a poco tempo fa era ritenuta immutabile nel tempo, tuttavia negli ultimi due decenni, il professor Webb ha notato anomalie nella costante di struttura fine in base alla quale la forza elettromagnetica misurata in una particolare direzione dell’universo sembra essere leggermente diversa.
“Abbiamo trovato un indizio che il numero della costante di struttura fine fosse diverso in alcune regioni dell’universo. Non solo in funzione del tempo, ma in realtà anche della direzione dell’universo, il che è davvero strano se è corretto … ma è quello che abbiamo trovato”.
Inizialmente, Webb ha avuto dei dubbi sui dati raccolti che sembravano divergere leggermente pensando a un difetto dell’apparecchiatura, a un’errore nei calcoli o a qualcosa che aveva tralasciato. Webb ha osservato le anomalie studiando i quasar posti ai confini dell’universo grazie ai telescopi più potenti oggi esistenti.
“I quasar più distanti che conosciamo si trovano a circa 12 a 13 miliardi di anni luce da noi. Quindi se riusciamo a studiare la luce in dettaglio da questi quasar distanti (che ci arriva da quando l’universo aveva più o meno 0,8 miliardi di anni – ndr), stiamo studiando le proprietà dell’universo com’era quando era nella sua infanzia, a meno di un miliardo di anni dalla sua nascita. L’universo allora era molto, molto diverso. Nessuna galassia esisteva, le prime stelle si erano formate ma non c’era certamente la stessa popolazione di stelle che vediamo oggi. E non c’erano pianeti” ha spiegato il professor Webb.
Il team ha esaminato uno di questi quasar su cui sono state fatte quattro misurazioni della costante sfruttando il redshift. Nessuna di queste misurazioni ha fornito una risposta conclusiva sull’esistenza o meno di cambiamenti percettibili nella forza elettromagnetica. Tuttavia, se combinate con molte altre misurazioni eseguite su quasar distanti da altri ricercatori e non correlate a questo studio, le differenze nella costante della struttura fine sono diventate evidenti.
Webb ha spiegato: “E sembra supportare questa idea che ci potrebbe essere una direzionalità nell’universo, il che è davvero molto strano. Quindi l’universo potrebbe non essere isotropo nelle sue leggi della fisica, statisticamente, in tutte le direzioni. In effetti, potrebbe esserci una direzione o una direzione preferita nell’universo in cui le leggi della fisica cambiano. In altre parole, l’universo in un certo senso ha una struttura a dipolo. Possiamo osservare in una particolare direzione indietro di 12 miliardi di anni luce e misurare l’elettromagnetismo del giovane universo. Mettendo insieme tutti i dati, l’elettromagnetismo sembra aumentare gradualmente quanto più guardiamo indietro, mentre guardando verso la direzione opposta, diminuisce gradualmente. In altre direzioni nel cosmo, la costante della struttura fine rimane invece costante. Queste nuove misurazioni molto distanti hanno spinto le nostre osservazioni oltre quanto mai raggiunto prima”
Quello che si riteneva fosse una diffusione omogenea e casuale di galassie, quasar, buchi neri e altri oggetti celesti sembra piuttosto avere un equivalente direzionale, anche se Webb è ancora aperto all’idea che in qualche modo queste misurazioni effettuate in diverse fasi utilizzando tecnologie diverse e da diverse posizioni sulla Terra siano in realtà una coincidenza.
“Questo è qualcosa da prendere molto sul serio e da considerare con scetticismo, anche da me, anche se ho fatto il primo lavoro su di esso con i miei studenti. Ma è qualcosa da testare perché è possibile che viviamo in uno strano universo “ ha aggiunto Webb.
Tuttavia Webb afferma che i risultati potrebbero non essere una semplice coincidenza, infatti un gruppo di ricercatori negli USA lavorando in modo indipendente con osservazioni basate sui raggi X è giunto a conclusioni simili, l’universo sembra avere una direzionalità.
“Non sapevo nulla di questo documento fino a quando non è apparso in letteratura. non stavano testando le leggi della fisica, stanano testando le proprietà dei raggi X delle galassie e gli ammassi di galassie e le distanze cosmologiche dalla Terra. Hanno scoperto che le proprietà dell’universo in questo senso non sono isotrope e c’è una direzione preferita. E la loro direzione coincide con la nostra”. Ha spiegato Webb.
Servono altre prove per confermare i primi dati raccolti e fugare i dubbi. La costante fine può fluttuare a seconda dell’area in cui è misurata? Webb afferma che se i risultati saranno confermati, ci potranno spiegare perché il nostro universo è cosi e perché ospita la vita.
“Per molto tempo, si è pensato che le leggi della natura sembrassero perfettamente sintonizzate per stabilire le condizioni affinché la vita potesse prosperare. La forza elettromagnetica è una di quelle quantità. Se fosse solo qualche percento diverso dal valore che misuriamo sulla Terra, l’evoluzione chimica dell’universo sarebbe completamente diversa e la vita potrebbe non esistere. Questo solleva una domanda interessante: questa situazione “riccioli d’oro”, dove le quantità fisiche fondamentali come la costante di struttura fine sono “giuste” per favorire la nostra esistenza, si applicano in tutto l’universo?“
Se l’universo ha una direzionalità, sostiene il professor Webb, e se l’elettromagnetismo si dimostra leggermente diverso in alcune regioni del cosmo, i concetti fondamentali alla base di gran parte della fisica moderna avranno bisogno di essere revisionati.
“Il nostro modello cosmologico standard”, ha spiegato Webb, “si basa su un universo isotropo, che è lo stesso, statisticamente, in tutte le direzioni. Quello stesso modello standard è costruito sulla teoria della gravità di Einstein, che a sua volta assume esplicitamente la costanza delle leggi della Natura. Se tali principi fondamentali si rivelano solo buone approssimazioni, le porte sono aperte ad alcune nuove idee molto eccitanti in fisica”.
Il team del professor Webb ritiene che questo sia il primo passo verso uno studio molto più ampio inteso ad esplorare molte direzioni nell’universo, utilizzando i dati provenienti da nuovi strumenti montati sui più grandi telescopi del mondo. Nuove tecnologie stanno emergendo per fornire dati di qualità superiore e i nuovi metodi di analisi permessi dalle Intelligenze artificiali aiuteranno ad automatizzare le misurazioni e ad eseguirle più rapidamente e con maggiore precisione.
Fonti: Science; Phys.org.