Misurati i primi effetti dell’energia oscura sull’Universo

(clicca per ingrandire) Influenza dell'energia oscura sull'espansione dell'Universo. Crediti: Eric Huff, l'SDSS-III team e il South Pole Telescope team. Grafica di Zosia Rostomian

Ecco uno studio per chi pensa che ormai conosciamo quasi tutto della fisica che governa l’Universo. Finalmente i ricercatori dell’esperimento BOSS hanno misurato con precisione quando è iniziato a farsi sentire l’effetto dell’energia oscura sull’espansione del cosmo – un fenomeno ancora poco compreso.

Cosa sia l’energia oscura non è dato sapere – per ora. Oggi però sappiamo che la sua influenza sulla materia ordinaria è iniziata circa 6 miliardi di anni fa. Ma se l’energia oscura sia effettivamente un’energia e quali sono le sue leggi, tutto ciò resta ancora da decifrare.

Circa sei miliardi di anni fa, quasi a metà strada tra il Big Bang e l’Universo come lo conosciamo oggi, c’è stato un cambiamento nella sua espansione. Trattenuto fino ad allora dalla reciproca attrazione gravitazionale della materia contenuta al suo interno, l’Universo si espandeva ad un ritmo sempre più lento. Ma ad un certo punto la sua densità è diminuita e l’energia oscura ha preso il sopravvento, causando l’accelerazione che conosciamo oggi.

Oggi il gruppo di ricerca che utilizza BOSS, acronimo per Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, ha annunciato la misurazione più accurata mai avvenuta della scala delle distanze dell’Universo durante l’era in cui l’energia oscura ha iniziato a far sentire il suo effetto.

“Abbiamo fatto misure di precisione della struttura a grande scala dell’universo da cinque a sette miliardi di anni fa – la miglior misura mai effettuata al di fuori della Via Lattea”, dice David Schlegel della Divisione di Fisica presso il Dipartimento dell’Energia del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), ricercatore principale di BOSS. “Ci stiamo spingendo vicino alle distanze in cui l’energia oscura si è attivata, in modo che ora possiamo iniziare a fare esperimenti per scoprire cosa sta causando l’accelerazione dell’espansione che vediamo in atto.”

L’accelerazione dell’espansione dell’Universo è una scoperta recentissima, ed è stata annunciata meno di 14 anni fa sia dal Supernova Cosmology Project (SCP) con sede ai Berkeley Lab che dal team di Ricerca dell’High-z. Tale scoperta ha portato nel 2011 ai Premi Nobel a Saul Perlmutter del progetto SCP e a Brian Schmidt e Adam Riess che partecipavano a High-z.

Ma la domanda è: da cosa deriva questa accelerazione? L’ipotesi è che la causa sia qualcosa di sconosciuto chiamato “energia oscura” – o detto in altri termini, l’energia oscura è solo un modo per dire che in fondo non sappiamo bene come funziona davvero la forza di gravità.

Per comprenderlo, il primo passo è capire bene ciò che sta accadendo al nostro Universo, ossia dobbiamo costruire una storia dettagliata dell’espansione. A differenza delle ricerche sulle supernove, che dipendono dalla luminosità delle esplosioni stellari, BOSS utilizza una tecnica chiamata oscillazione acustica barionica (BAO) per determinare le distanze di galassie lontane.

L’oscillazione acustica del barione misura l’angolo nel cielo di strutture di dimensioni note, per calcolarne con precisione la loro distanza dalla Terra.

Conoscendo la loro distanza da noi possiamo scoprire la loro sua età, come pure, dal momento che la sua luce si sposta da lì a qui a velocità nota, possiamo sapere il redshift della luce, che rivela come l’universo si sta ampliando da quel momento.

Finora, tutti i dati raccolti concordano con il cosiddetto “modello di concordanza” dell’universo: un universo “piatto” (euclideo) che è nato dal Big Bang 13,7 miliardi di anni fa, costituito per un quarto di materia oscura fredda – più una piccola percentuale di materia visibile, ordinaria, anche detta materia barionica (di cui siamo fatti noi esseri umani, la Terra e tutto ciò che ci circonda). Tutto il resto è pensato essere energia oscura, sotto forma di una costante cosmologica di Einstein: una energia piccola, ma irriducibile di origine sconosciuta che sta continuamente estendendo lo spazio stesso.

Ma è troppo presto per pensare che sia la fine della storia, dice Schlegel. “Sulla base delle osservazioni limitate che abbiamo finora, sembra proprio che l’energia oscura – sotto forma di costante cosmologica – possa essere la spiegazione più semplice, ma in realtà, la costante cosmologica non è stata testata a fondo. E’ coerente con i dati, ma abbiamo davvero pochi dati. Stiamo appena iniziando a esplorare i primi istanti in cui l’energia oscura si è fatta sentire. Se ci saranno sorprese in agguato, siamo pronti a scovarle”.