C’è qualcosa di strano nel nostro quartiere cosmico.
Gli astrofisici stanno cercando di capire perché una figura fondamentale che ha contribuito a spiegare l’espansione del nostro universo sin dal suo inizio non è così affidabile come si pensava. I nostri strumenti di raccolta dati, compresi i telescopi terrestri e spaziali, sono migliorati nel corso degli anni.
Il problema che rivela la loro crescente accuratezza è che la costante di Hubble, il tasso di espansione previsto dell’universo, cambia a seconda del metodo di misurazione utilizzato. Questo è preoccupante perché implica che l’universo potrebbe essere più piccolo di quanto si pensi attualmente, alterando gran parte della nostra conoscenza del cosmo.
Ma non dobbiamo eliminare l’attuale modello dell’universo. Invece, potrebbe esserci un universo specchio identico al nostro, che esercita la sua influenza invisibile sul nostro. Francis-Yan Cyr-Racine, dell’Università del New Mexico ad Albuquerque, sta cercando di conciliare cifre diverse per la costante di Hubble usando l’idea di un “universo specchio“. È identico al nostro, fino alle particelle subatomiche, ma la sua unica interazione con il nostro mondo avverrebbe attraverso la sua influenza gravitazionale. La ricerca di Cyr-Racine sulla possibilità di un universo specchio è stata pubblicata all’inizio di questo mese sulla rivista Physical Review Letters.
Qual è la costante di Hubble, comunque?
La costante di Hubble è un numero utile per stimare da vicino l’età dell’universo: 13,8 miliardi di anni. Da quando il Big Bang ha dato il via all’universo come lo conosciamo, quell’esplosione iniziale di energia e materia si è espansa verso l’esterno e il tasso di espansione è in aumento, sulla base di una serie di osservazioni di stelle e galassie. Ecco perché la costante di Hubble non è davvero una costante. Il nome si riferisce al fatto che l’universo si espande alla stessa velocità in ogni punto, quindi lo stesso valore può essere dato alla velocità di espansione in qualsiasi punto dell’universo, in un dato momento. Tuttavia, la velocità stessa sta accelerando, quindi la costante di Hubble cambia nel tempo.
I cosmologi, che cercano di comprendere lo sviluppo del nostro universo, ricavano la costante di Hubble in diversi modi: misurano la velocità degli oggetti vicini nello spazio; esaminano le onde gravitazionali che provengono dalle interazioni tra stelle di neutroni o buchi neri e osservano la quantità di radiazione cosmica di fondo a microonde (o CMB), una forma di radiazione elettromagnetica che ha riempito l’universo dal Big Bang.
Gli scienziati impiegano radiotelescopi come la sonda per anisotropia a microonde Wilkinson super precisa della NASA per trovare questa antica radiazione. Questo strumento è così preciso che ha aiutato a stabilire non solo l’età dell’universo, ma anche una serie di altre incredibili scoperte, tra cui la densità di tutti gli atomi nell’universo e il momento in cui le prime stelle hanno iniziato a brillare.
Le stelle esplosive illuminano la strada verso un mondo sconosciuto
Intuitivamente, la costante di Hubble dovrebbe essere la stessa indipendentemente dal metodo di misurazione utilizzato, ma stranamente non lo è. Ad esempio, le misurazioni della luce proveniente da supernove lontane producono un valore leggermente inferiore rispetto al CMB.
Poiché le supernove sono gli oggetti più luminosi che possiamo vedere nello spazio lontano, sono utili per calcolare la loro distanza in funzione delle loro velocità mentre si allontanano da noi, dice Cyr-Racine. Possiamo identificare la posizione della luce delle supernove mentre si allontanano da noi e utilizzare queste informazioni per determinare l’espansione dell’universo.
Nel corso del tempo, i disparati valori della costante di Hubble si sono avvicinati tra loro perché le misurazioni scientifiche sono diventate più precise, tuttavia rimane un divario sconcertante. I dati di supernova calibrati indicano una costante di Hubble che è circa l’8% più alta di quanto si pensasse in precedenza. “I dati sulle supernove ci dicono che l’universo dovrebbe essere del 21,5 percento circa più piccolo di quello che ci dicono i dati della CMB“, dice Cyr-Racine. Questo è sicuramente abbastanza significativo dal punto di vista statistico da chiedersi perché, aggiunge.
L’influenza sottile ma potente di un universo speculare
Le osservazioni di oggetti stellari come stelle e supernove mostrano che l’universo si sta espandendo sempre più rapidamente. Potrebbe essere che il tasso di espansione più lento osservato in oggetti estremamente distanti stia causando un errore di calcolo della costante di Hubble. Ma non è probabile. Non puoi nemmeno incolpare i dispositivi di misurazione e i metodi, perché questi sono ultra precisi al giorno d’oggi, dice Cyr-Racine.
L’idea di un universo specchio risale agli anni ’70, quando il fisico russo Andrei Sakharov pensò per la prima volta alla possibile esistenza di un universo in cui il tempo si muove nella direzione opposta alla nostra. Ora, questa potrebbe essere una spiegazione per il problema della costante di Hubble. Anche se può sembrare incredibile, il concetto di un universo specchio risolverebbe questo importante problema nella fisica delle particelle , dice Cyr-Racine.
Particella per particella, un mondo speculare sarebbe proprio questo: un’immagine speculare della nostra. Ma la sua esistenza significherebbe che ha anche le sue forze, come la gravità. Come il vento che fa frusciare le foglie su un albero, potrebbe influire sul nostro intero universo, in modo invisibile. Inoltre, uno scenario con un universo specchio consente una velocità di espansione più rapida nel nostro universo, alterando a malapena le altre previsioni testate con precisione su come funziona il nostro universo, come la quantità di radiazione elettromagnetica nell’universo. “Quindi [l’universo dello specchio ha] tutte le stesse particelle, tranne per il fatto che non interagiscono direttamente con il nostro settore. L’unico modo in cui si vedono tra loro queste due raccolte di particelle è attraverso l’interazione gravitazionale“, spiega Cyr-Racine.
L’idea di Cyr-Racine rende la radiazione cosmica di fondo a microonde compatibile con un universo più piccolo. È importante notare che più materia contiene l’universo, maggiore è l’attrazione gravitazionale che subiscono tutti i suoi oggetti. Tutto in un universo affollato si avvicina e l’universo diventa più compatto.
Lo stesso vale in un sistema solare, spiega Cyr-Racine. Quando gli oggetti hanno più massa, il sistema solare tende ad essere più compatto. “Quindi, se voglio che l’universo più grande sia più piccolo, questo significa che devo aggiungere qualcosa ad esso; Ho bisogno di aggiungere materia ed energia all’universo che possono interagire gravitazionalmente con tutto il resto“, spiega.
Tuttavia, non puoi giocare a fare Dio e iniziare semplicemente ad aggiungere materia normale all’universo, aggiunge. I nostri strumenti ci danno un quadro molto chiaro dell’universo visibile che ci circonda e sappiamo quanta materia normale c’è, comprese le galassie e le stelle. “Quindi devi aggiungere qualcos’altro che sia scuro, che non interagisca con la luce o la luce visibile“, afferma Cyr-Racine. È qui che entra in gioco l’idea di un universo specchio influente, che interferisce con la nostra costante di Hubble.
C’è una certa bella simmetria nelle leggi della fisica nell’universo. Se ridimensioni l’universo, le stelle, le galassie, i pianeti e la materia interstellare devono essere tutti più vicini. Ciò scompiglia molta fisica conosciuta, compresi i nostri dati sulla quantità di radiazione cosmica di fondo a microonde e la distanza tipica che un fotone, una particella di radiazione elettromagnetica, avrebbe percorso nell’universo primordiale, dice Cyr-Racine.
I fisici delle particelle hanno riflettuto per decenni su cosa succederebbe se un universo specchio potesse interagire con il nostro. “Potrebbe sembrare un po’ folle dire, ok, ho questo mondo speculare che non riesco a vedere. Ma anche all’interno della parte di materia normale dell’universo, c’è un mucchio di particelle che praticamente non vediamo mai. I neutrini sono probabilmente il miglior esempio“, sottolinea Cyr-Racine.