L’alba della fine: l’energia oscura e il destino dell’Universo

Le ricerche condotte da un gruppo di studiosi dell’USCT (University of Science and Technology of China) hanno riportato all’attenzione della comunità scientifica il tema della fine dell’Universo. Il saggio intitolato “Dark energy and fate of the Universe”, pubblicato nella rivista “Science China- Physics Mechanics & Astronomy”, vol. 55, n. 7 (2012), pp. 1330-1334, si chiede: se il Giorno del Giudizio Cosmico esiste, quanto tempo manca al suo avvento? Che cosa determinerà la fine dell’Universo?

La materia/energia oscura permette di rispondere ad entrambe le domande. Le prime evidenze dell’esistenza nell’Universo di una materia oscura si devono agli studi sugli ammassi di galassie condotti dagli astronomi F. Zwicky e S. Smith (1933-1936).  Un ammasso di galassie è un aggregato di molte galassie separato da grandi spazi vuoti:  F. Zwicky e S. Smith hanno osservato che le velocità di aggregati come quello della Chioma di Berenice e della Vergine sono decisamente superiori a quelle previste per un sistema gravitazionale la cui massa fosse riconducibile a quella della materia visibile soltanto. L’esistenza di una materia “mancante”, oggi chiamata “oscura” rappresenta il 72% circa della massa-energia totale dell’Universo.

Ciò implica che, negli ammassi, le galassie non implodono né si disgregano per effetti gravitazionali riconducibili ad una quantità di materia invisibile, la cui energia è responsabile del fenomeno di espansione accelerata dell’Universo. La velocità di allontanamento delle galassie è infatti osservabile seguendo lo spostamento della luce verso lo spettro del rosso.

A partire da queste premesse, ovvero dall’accettazione della teoria del Big Bang e dei lineamenti fondamentali della teoria della Relatività Generale di Einstein, i cinque scienziati cinesi si interrogano sul destino dell’Universo in relazione al comportamento dinamico dell’energia oscura, misurabile mediante il rapporto tra pressione e densità dell’energia (parametro w).  L’energia oscura non è una costante positiva nel corso dell’evoluzione dell’Universo. I modelli basati sulla supergravità dimostrano che può assumere valori negativi e, in questo modo, condurre al collasso delle galassie.

Più in dettaglio, se in un momento del futuro il parametro w dovesse essere inferiore a -1, la densità dell’energia oscura tenderà all’infinito e la sua repulsione gravitazionale causerà la distruzione di stelle e pianeti. Questo Grande Strappo, o Giorno del Giudizio Cosmico, è ciò che porta gli studiosi a ripensare il parametro con cui si misura l’espansione dell’Universo.

Il parametro più popolare, quello di Chevallier-Polarski-Linder (CPL), non è adatto per prevedere l’evoluzione futura dell’Universo perché, in questa forma, il parametro w diverge a -1 in modo proporzionale al grado di spostamento della luce verso il rosso. La parametrizzazione di Ma-Zhang (MZ), un modello matematico che misura l’evoluzione temporale del parametro w, traduce in termini fisici il dato fenomenologico della divergenza (lo spostamento verso il rosso della luce).

Se w tende a mantenersi inferiore a -1 (w<-1) , la repulsione gravitazionale causata dall’energia oscura aumenterà continuamente fino a lacerare tutti i corpi celesti. Nessun corpo potrà sottrarsi a questo destino. Il Grande Strappo avverrà fra 16,7 miliardi di anni, non simultaneamente: i sistemi tenuti insieme da forze gravitazionali maggiori dovrebbero resistere più a lungo. Più che sulle ipotesi in merito alla catena di eventi che condurrà l’Universo all’alba della fine, la vera sfida è comprendere le proprietà dinamiche della materia/energia oscura.