Friday, 21 Sep 2018

Niente Dark Energy per l’espansione accelerata dell’universo?

Secondo un team di scienziati ungheresi e americani,  l’enigmatica ‘energia oscura’, pensata costituire il 68% dell’universo, potrebbe non esistere affatto. Il team  ha pubblicato i  risultati in un articolo nella Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

Il nostro universo è stato formato nel Big Bang, 13,8 miliardi di anni fa, e da allora si sta espandendo. La prova chiave per questa espansione è la legge di Hubble, sulla base delle osservazioni di galassie, in cui si afferma che, in media, la velocità con cui una galassia si allontana da noi è proporzionale alla sua distanza.

Gli astronomi misurano la velocità di allontanamento, cercando le linee nello spettro di una galassia, che si spostano più verso il rosso – e cioè che la galassia velocemente si sta allontanando. Dal 1920, la mappatura delle velocità delle galassie ha portato gli scienziati a concludere che l’intero universo è in espansione, e che ha iniziato la sua vita come un infinitesimale piccolo punto.

Nella seconda metà del ventesimo secolo, gli astronomi hanno trovato prove per l’invisibile materia oscura osservando che era necessario qualcosa in più per spiegare il moto delle stelle all’interno di galassie. Ora si pensa che la materia oscura costituisca il 27% del contenuto dell’universo (in contrasto  la quantità di materia  ‘normale’  è solo il 5%).

Osservando esplosioni di sistemi binari di nane bianche, le cosiddette supernovae di tipo Ia, ha portato gli scienziati, nel 1990, a concludere che una terza componente – l’energia oscura, appunto –  costituisca il 68% del cosmo, ed è responsabile per l’accelerazione nell’espansione dell’universo.

Una breve animazione che mostra l’espansione dell’universo nella cosmologia standard ‘Lambda Cold Dark Matter’, che comprende l’energia oscura (pannello in alto a sinistra rosso), il nuovo modello di Avera, che considera la struttura dell’universo ed elimina la necessità di energia oscura (pannello centrale in alto, blu), e la cosmologia di Einstein-de Sitter, il modello originale senza energia oscura (in alto a destra, verde). Il pannello in basso mostra l’aumento del ‘fattore di scala’ (indicazione delle dimensioni) in funzione del tempo. La crescita della struttura può anche essere vista nei pannelli superiori. Un punto rappresenta circa un intero ammasso di galassie. Le unità di scala sono in Mpc (Mpc), dove 1 Mpc è di circa 3 milioni di milioni di milioni di km. Credit: István Csabai et al.

Nel nuovo lavoro, i ricercatori, guidati da dottorando Gábor Rácz di Eötvös Loránd University in Ungheria, hano messo in discussione l’esistenza dell’energia oscura, suggerendo una spiegazione alternativa. Essi sostengono che i modelli convenzionali cosmologici (lo studio dell’origine ed evoluzione dell’universo), si basano su approssimazioni che ignorano la sua struttura, dove si assume che la materia abbia una densità uniforme.

“Le equazioni di Einstein della relatività generale che descrivono l’espansione dell’universo  sono così complesse matematicamente, che per un centinaio di anni non è stata trovata alcuna soluzione per contabilizzare l’effetto delle strutture cosmiche. Sappiamo, da osservazioni molto precise di supernove, che l’universo sta accelerando, ma allo stesso tempo ci affidiamo ad approssimazioni grossolane delle equazioni di Einstein che potrebbero introdurre gravi effetti collaterali, come ad esempio la necessità di introdurre l’energia oscura nei modelli progettati, per adattarsi ai dati osservativi.” spiega il dottor László Dobos, co-autore del documento, anche Eötvös Loránd University.

In pratica, materia normale e oscura sembrano riempire l’universo con una struttura simile a schiuma, dove le galassie si trovano sulle pareti sottili tra le bolle, e sono raggruppate in superammassi.

Utilizzando una simulazione al computer per modellare l’effetto della gravità sulla distribuzione di milioni di particelle di materia oscura, gli scienziati hanno ricostruito l’evoluzione dell’universo, compresa la precoce aggregazione della materia, e la formazione della struttura su larga scala.

Diversamente dalle simulazioni convenzionali con un universo in espansione uniforme, tenendo in considerazione la struttura, si arriva ad un modello in cui diverse regioni del cosmo si espandono a velocità diverse. Il tasso di espansione medio è però coerente con le osservazioni attuali, che suggeriscono un’accelerazione complessiva.

Dott Dobos aggiunge: “La teoria della relatività generale è fondamentale per la comprensione del modo in cui l’universo si evolve. Non mettiamo in discussione la sua validità, mettiamo in discussione la validità delle soluzioni approssimate. I nostri risultati si basano su una congettura matematica che permette la dilatazione differenziale dello spazio, in linea con la relatività generale, e mostrano come la formazione di strutture complesse di materia influiscano sull’ espansione. Questi problemi sono stati in precedenza spazzati sotto il tappeto, ma tenendoli in considerazione siamo in grado di spiegare l’accelerazione senza la necessità di energia oscura.”

Se questa constatazione è confermata, potrebbe avere un impatto significativo sui modelli di universo e la direzione di ricerca in fisica. Negli ultimi 20 anni, gli astronomi e i fisici teorici hanno speculato sulla natura dell’energia oscura, ma rimane un mistero irrisolto. Con il nuovo modello, Csabai e i suoi collaboratori si aspettano per lo meno di avviare un dibattito vivace.

ArXiv: [Concordance cosmology without dark energy – Gábor Rácz, László Dobos, Róbert Beck, István Szapudi, István Csabai, 2017]

Fonte: Phys.org – Explaining the accelerating expansion of the universe without dark energy

 

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