Big Bang ed Energia oscura

Una breve fluttuazione nell'energia oscura avrebbe potuto riversare nell'universo neonato particelle esotiche come quark, gluoni e leptoni che alla fine si sarebbero condensati negli atomi che conosciamo.

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How has dark energy shaped our universe? (Image: © NASA's Goddard Space Flight Center)

L’attuale modello standard elaborato dai fisici è una teoria che ha l’obiettivo di descrivere il nostro universo in tutte le sue componenti, materia, energia e interazioni che vi agiscono.

Tale modello prevede l’esistenza di un ingrediente preponderante che viene chiamato “energia oscura” che costituisce il 75% dell’universo e ne causa l’attuale espansione accelerata. L’espansione accelerata viene messa in evidenza dall’osservazione delle “candele standard” poste a distanze cosmologiche, ovvero oggetti la cui luminosità intrinseca può essere calibrata a priori e la cui distanza quindi misurata direttamente dalla luminosità apparente. E’ questo il caso delle Supernove di tipo Ia, che alla fine degli anni ’90 hanno permesso di evidenziare per la prima volta l’espansione accelerata.

Questo, almeno, è quello che oggi viene rilevato ma è possibile che in passato l’energia oscura si comportasse in maniera diversa. Un nuovo studio sottolinea che i cambiamenti dell’energia oscura potrebbero aver riempito l’universo delle particelle che compongono la materia a noi familiare, galassie, stelle, pianeti ed esseri viventi.

Cosa osserviamo oggi quando guardiamo l’universo?

Misuriamo un’espansione e vediamo un gran numero di galassie che lo riempiono, a miliardi. Tutta questa materia si attrae gravitazionalmente e dovrebbe rallentarne l’allontanamento reciproco con il trascorrere del tempo. Tuttavia, per ogni secondo trascorso l’universo aumenta le sue dimensioni sempre più rapidamente grazie a un’espansione accelerata causata dall’energia oscura che 5 miliardi di anni fa si è “accesa” e da allora ha espanso l’universo a velocità crescente.

Gli astronomi sanno inoltre che durante gli ultimi 5 miliardi di anni la densità dell’energia oscura si è mantenuta pressoché costante tanto da essere considerata una “costante cosmologica”.

L’universo neonato era però un posto molto diverso da quello attuale, uno strano posto che si comportava in maniera diversa da quello che osserviamo oggi, dove accadevano cose ancora più strane che avrebbero potuto avere conseguenze per il suo sviluppo futuro.

Mentre brancoliamo nel buio incapaci di capire la natura o la causa dell’energia oscura, sappiamo che non può fare molto di più che accelerare l’espansione dell’universo. Questo perché oggi l’universo è vecchio e freddo e non contiene molta energia oscura o di altro tipo. Certo, l’energia oscura continua ad accelerarne l’espansione ma lo fa in modo moderato, perciò ci è voluto tanto tempo per rilevarne gli effetti.

Questa debolezza limita sia ciò che l’energia oscura può fare oggi sia ciò che possiamo imparare su di essa; non ci sono molti effetti che i cosmologi possono misurare. Ma l’universo primordiale era molto più caldo, più denso, più compatto e, soprattutto, più energetico. Se l’energia oscura è emersa nello scenario cosmico circa 5 miliardi di anni fa, quella non è stata sicuramente la sua prima apparizione. L’energia oscura avrebbe potuto essere presente nelle prime fasi dello sviluppo dell’universo primordiale contribuendo al suo destino futuro.

Di recente, un gruppo di fisici teorici ha meditato su cosa avrebbe potuto fare l’energia oscura nelle prima fasi dello sviluppo dell’universo, riportando i risultati dello studio, a novembre 2019 in un documento che hanno caricato sul server di prestampa arXiv.org. I ricercatori hanno scoperto che una breve fluttuazione nell’energia oscura avrebbe potuto riversare nell’universo neonato particelle esotiche come quark, gluoni e leptoni che alla fine si sarebbero condensati negli atomi che conosciamo.

Secondo il gruppo di ricercatori, questo flusso di particelle sarebbe stato emesso dopo l’inflazione, quando l’universo primordiale diventò incredibilmente grande in un brevissimo lasso di tempo. Dopo l’inflazione l’universo era completamente vuoto e tutto quello che era stato creato nell’era preinflazionistica venne spazzato via. Tuttavia qualcosa doveva ancora succedere per riscaldare il cosmo e riempirlo di particelle, un processo che chiamiamo Big Bang.

La maggior parte dei teorici ritiene che qualunque cosa abbia causato l’inflazione, debba aver generato anche il riscaldamento, ma questo nuovo lavoro suggerisce che l’energia oscura iniziale potrebbe aver creato il flusso di particelle perdendo cosi la propria energia. L’idea è interessante, ma l’ipotesi degli scienziati deve ancora adattarsi alle osservazioni che hanno in primo luogo cementato la nostra comprensione del Big Bang e dell’inflazione.

Se l’energia oscura è davvero stata responsabile del surriscaldamento dell’universo, allora dovremmo vedere sottili cambiamenti nelle immagini del modello standard del fondo cosmico a microonde, che a sua volta influenza il modello delle galassie nell’universo moderno.

Finora, il nuovo modello di preriscaldamento corrisponde a tutte le osservazioni, anche un po’ meglio delle teorie tradizionali sull’inflazione. Ma non abbiamo abbastanza informazioni per dire se si tratta solo di un colpo di fortuna statistico.

Le nuove generazioni di strumenti astrofisici, come il Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) della NASA, potrebbero aiutare gli scienziati a comprendere meglio l’energia oscura e il suo ruolo nelle prime fasi di vita dell’universo e nel cosmo che osserviamo oggi.

Fonti: http://scienzapertutti.infn.it/il-modello-standard-285https://www.space.com/did-dark-energy-cause-big-bang.html