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Dalla scoperta della materia oscura e dall’accelerazione dell’espansione dell’Universo, la validità delle loro equazioni è stata messa alla prova: sono in grado di spiegare questi misteriosi fenomeni?
Il cosmo è un laboratorio unico per testare le leggi della fisica, in particolare quelle di Eulero ed Einstein.
Eulero descrisse i movimenti degli oggetti celesti, mentre Einstein descrisse il modo in cui gli oggetti celesti distorcono l’Universo.
Un team dell’Università di Ginevra (UNIGE) ha sviluppato il primo metodo per scoprire la validità delle loro equazioni.
Considerando una misura mai utilizzata prima: la distorsione temporale. I risultati sono pubblicati su Nature Astronomy.
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 ha dato 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 una struttura statica: può essere distorto dagli ammassi stellari e dalle 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 di materia oscura invisibile, che si pensa rappresenti l’85% di tutta la materia nel cosmo.
Questi fenomeni misteriosi obbediscono ancora alle equazioni di Einstein ed Eulero? I ricercatori non sono ancora in grado di rispondere a questa domanda.
L’ingrediente mancante
“Il problema è che gli attuali dati cosmologici non ci permettono di distinguere tra una teoria che viola le equazioni di Einstein e una 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”, spiega Camille Bonvin, professore associato presso il Dipartimento di Fisica Teorica della Facoltà di Scienze UNIGE e primo autore 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 come 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”, afferma Camille Bonvin.
Se la distorsione temporale non è uguale alla somma del tempo e dello spazio – cioè il risultato prodotto dalla teoria della relatività generale – ciò significa che il modello di Einstein non funziona.
Se la distorsione temporale non corrisponde alla velocità delle galassie calcolata con l’equazione di Eulero, ciò significa che quest’ultima non è valida.
“Questo ci permetterà di scoprire se nuove forze o materia, che violano queste due teorie, esistono nell’Universo”, spiega Levon Pogosian, professore presso il Dipartimento di Fisica della Simon Fraser University, in Canada, e co-autore dello studio.
Verifica della realtà
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.
Questi includono 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 di 5 anni nel 2021 in Arizona.
C’è anche il progetto internazionale di radiotelescopio gigante SKA (Square Kilometre 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”, afferma entusiasta Camille Bonvin.
Il team di ricerca ha testato con successo il suo modello su cataloghi sintetici di galassie. La fase successiva consisterà nel testarlo utilizzando i primi dati forniti dal DESI, nonché nell’identificare gli ostacoli e ridurre al minimo le caratteristiche sistematiche che potrebbero ostacolarne l’applicazione.
