Quanto è potente l’energia oscura?

Scoperte intriganti dal nuovo catalogo supernova. Il più grande campione di supernove di tipo Ia mai realizzato da un singolo telescopio fa luce sull’energia oscura.

Sappiamo da quasi 100 anni che l’universo si sta espandendo. Ma solo all’inizio del XXI secolo gli astronomi hanno scoperto che l’espansione stava effettivamente accelerando. Ora, un nuovo studio suggerisce che questo fenomeno potrebbe essere più debole di quanto pensassimo.

CHE COS’È L’ENERGIA OSCURA?

La scoperta iniziale dell’accelerazione cosmica alla fine degli anni ’90 è arrivata dallo studio di alcune dozzine di supernove di tipo Ia, o stelle nane bianche che esplodono.

Queste supernove sono candele standard, il che significa che esplodono con una luminosità costante, che può quindi essere confrontata con la loro luminosità apparente per misurare la loro distanza.

Sorprendentemente, la luce di tutte queste antiche esplosioni è stata alterata, o spostata, in un modo che indicava che si stavano allontanando da noi – e l’una dall’altra – molto più velocemente del previsto; E più l’esplosione era lontana, più velocemente si muoveva.

Ma ora, un nuovo studio su migliaia di supernove di tipo Ia nel Dark Energy Survey (DES), che sarà presto pubblicato sull’Astrophysical Journal, suggerisce che l’energia oscura potrebbe non essere “costante come le stelle”.

“Il motivo per cui l’energia oscura è così eccitante”, dice Tamara Davis (Università del Queensland, Australia), “è perché potrebbe essere una delle poche sonde osservative in grado di indicarci la direzione di ciò che potrebbe essere una vera e completa teoria della fisica”.

L’INDAGINE SULL’ENERGIA OSCURA E LE SUE SUPERNOVE

Durante un’indagine quinquennale, gli astronomi hanno utilizzato una speciale fotocamera montata sul telescopio Víctor M. Blanco da 4 metri all’Osservatorio Interamericano di Cerro Tololo per scoprire 1.635 supernove di tipo Ia provenienti da centinaia di galassie diverse sparse su una vasta gamma di distanze.

La luce di queste supernove ha un’età compresa tra 1 miliardo e 9 miliardi di anni. Utilizzando la suddetta tecnica delle candele standard, il team ha calcolato il tasso di espansione dell’universo e ha stabilito i primi buoni vincoli sull’energia oscura.

Nella teoria più semplice, l’energia oscura è l’energia insita nel vuoto dello spazio vuoto.

Ha una sorta di pressione negativa che allunga lo spazio-tempo, allontanando tutto da tutto il resto.

È costante in tutto lo spazio e nel tempo, motivo per cui è chiamata costante cosmologica. Ma ci sono altre teorie, che suggeriscono che l’energia oscura potrebbe essere più o meno densa in tutto l’universo.

Per descrivere l’energia oscura, i fisici calcolano la sua equazione di stato, che è scritta come Pressione = w * densità. Il valore di w determina la natura dell’energia oscura e valori diversi hanno ramificazioni diverse per il destino dell’universo. Lo scenario più semplice è w=−1, il che significa che l’energia oscura è una costante cosmologica come nel modello standard.

In questo caso, l’universo continuerà ad espandersi fino a quando tutto si raffredderà fino allo zero assoluto.

Se w fosse più piccolo di −1, la densità dell’energia oscura aumenterebbe, e tutto potrebbe finire in modo molto più drammatico in un “grande strappo”.

“Fondamentalmente ci stiamo ponendo una semplice domanda”, dice Davis: “L’energia oscura è costante? O cambia?”

Confrontando la luminosità osservata di questo nuovo enorme set di dati di supernove con le aspettative teoriche per diversi valori di w, il team DES ha trovato una misura di w = -0,8, il che significa che la costante cosmologica non è la migliore per i loro dati.

Ma Davis osserva che il loro risultato non crea un’enorme discrepanza. Non esclude completamente raffreddamento totale, ad esempio, perché fluttuazioni casuali nei dati potrebbero riprodurre il segnale che trovano circa il 5% delle volte.

“Ma è abbastanza allettante”, aggiunge. “Forse l’universo non è così semplice come pensavamo”.

Quindi, mentre è ancora possibile che l’energia oscura abbia un effetto costante nel tempo e nello spazio, sono possibili idee alternative, con lievi variazioni nelle densità dell’energia oscura nel tempo cosmico.

E se eravate preoccupati per il grande strappo, potete rilassarvi; La nuova misurazione sembra averla esclusa.

UNA VIA DA SEGUIRE

Nel frattempo, sono necessarie osservazioni su larga scala, per vedere se i risultati del DES sono riproducibili.

Indipendentemente dal fatto che l’energia oscura si riveli essere una costante cosmologica o meno, il progresso nella tecnologia e nelle tecniche che il DES rappresenta, e il conseguente enorme contributo dei dati sulle supernove che lo studio ha fornito, non possono essere sottovalutati.

Mickaël Rigault (Centro nazionale francese per la ricerca scientifica), che non ha fatto parte della collaborazione, è particolarmente impressionato dalla tecnica di apprendimento automatico che ha permesso al gruppo di scoprire le supernove utilizzando solo i dati di luminosità. “Hanno semplicemente usato una macchina fotografica, agganciato a un telescopio e, con questa nuova tecnica, hanno scoperto non solo poche centinaia, ma più di 1.000 supernove”, dice Rigault.

Per quanto riguarda la discrepanza nella misurazione dell’energia oscura, non ne è così sicuro. “È una fluttuazione interessante”, osserva. “Penso che possiamo ancora considerare l’energia oscura come una costante cosmologica. Ma vedremo”.

Fonte: Sky & Telescope

Immagine: DES collaboration