Un team di scienziati dell’Università di Ginevra ha sviluppato il primo metodo per testare insieme le teorie di Einstein ed Eulero per l’accelerazione dell’espansione dell’Universo e della materia oscura.
L’Universo funge da banco di prova unico per le leggi della fisica, in particolare le leggi proposte da Eulero ed Einstein. Le leggi di Eulero fanno luce sui moti dei corpi celesti, mentre la teoria di Einstein descrive come queste entità celesti distorcono l’Universo.
Da quando è stata ipotizzata la presenza della materia oscura e si è scoperto che l’espansione dell’Universo è in accelerazione, la validità delle loro equazioni è stata messa alla prova: sono in grado di spiegare questi misteriosi fenomeni?
Un team dell’Università di Ginevra (UNIGE) ha sviluppato il primo metodo per scoprirlo.
Una misura mai usata prima: la distorsione temporale
Le teorie di Leonhard Euler (1707-1783) e Albert Einstein (1879-1955) hanno rivoluzionato la nostra comprensione dell’Universo. Con la famosa equazione che porta il suo nome, Eulero diede agli scienziati un potente strumento per calcolare i movimenti delle galassie nell’Universo. Con la sua teoria della relatività generale, Einstein dimostrò che l’Universo non è un quadro statico: può essere distorto da ammassi stellari e galassie.
I fisici hanno testato queste equazioni in tutti i modi, che finora si sono dimostrati efficaci. Tuttavia, due scoperte continuano a mettere alla prova questi modelli: l’accelerazione dell’espansione dell’Universo e l’esistenza della materia oscura invisibile, che si ritiene rappresenti l’85% di tutta la materia nel cosmo. Questi misteriosi fenomeni obbediscono ancora alle equazioni di Einstein ed Eulero?
L’ingrediente mancante
“Il problema è che gli attuali dati cosmologici non ci permettono di distinguere tra una teoria che rompe le equazioni di Einstein e una che rompe l’equazione di Eulero. Questo è ciò che dimostriamo nel nostro studio. Presentiamo anche un metodo matematico per risolvere questo problema. Questo è il culmine di dieci anni di ricerca”, ha spiegato Camille Bonvin, professoressa associata presso il Dipartimento di Fisica Teorica della Facoltà di Scienze dell’UNIGE e prima autrice dello studio.
I ricercatori non sono stati in grado di distinguere tra la validità di queste due equazioni ai confini dell’Universo perché mancava un “ingrediente”: la misurazione della distorsione temporale.
“Fino ad allora sapevamo solo misurare la velocità degli oggetti celesti e la somma della distorsione del tempo e dello spazio. Abbiamo sviluppato un metodo per accedere a questa misurazione aggiuntiva, ed è la prima volta”, ha affermato Camille Bonvin.
Se la distorsione temporale non è uguale alla somma di tempo e spazio — cioè il risultato prodotto dalla teoria della relatività generale — significa che il modello di Einstein non funziona. Se la distorsione temporale non corrisponde alla velocità delle galassie calcolata con l’equazione di Eulero, significa che quest’ultima non è valida.
“Questo ci permetterà di scoprire se nell’Universo esistano nuove forze o materia, che violano queste due teorie”, ha dichiarato Levon Pogosian, professore al Dipartimento di Fisica della Simon Fraser University, in Canada, e coautore dello studio.
Le prossime missioni
Questi risultati daranno un contributo cruciale a diverse missioni il cui scopo è determinare l’origine dell’espansione accelerata dell’Universo e la natura della materia oscura. Tra questi il telescopio spaziale EUCLID, che sarà lanciato nel luglio 2023 dall’Agenzia spaziale europea (ESA), in collaborazione con l’UNIGE, e il Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), che ha iniziato la sua missione quinquennale nel 2021 in Arizona. C’è anche il progetto internazionale di radiotelescopio gigante SKA (Square Kilometer Array) in Sud Africa e Australia, che inizierà le osservazioni nel 2028/29.
“Il nostro metodo sarà integrato in queste diverse missioni. Questo è già il caso di DESI, di cui siamo diventati collaboratori esterni grazie a questa ricerca”, si affermato Camille Bonvin. Il team di ricerca ha testato con successo il suo modello su cataloghi sintetici di galassie. La fase successiva prevederà la sperimentazione utilizzando i primi dati forniti dal DESI, nonché l’individuazione degli ostacoli e la minimizzazione delle caratteristiche sistematiche che potrebbero ostacolarne l’applicazione.
Fonte: Nature Astronomy
