Nell’immagine una simulazione della struttura su larga scala dell’Universo rivela la rete cosmica di galassie, disposte lungo filamenti, e le vaste regioni di vuoto. Crediti: Nico Hamaus, Universitäts-Sternwarte München, Ohio State University
Gli scienziati che studiano la natura della gravità e dell’energia oscura hanno adottato una nuova strategia: andare alla ricerca di ciò che non c’è. In uno studio che compare sull’ultimo numero di Physical Review Letters, un team internazionale di astronomi afferma di aver misurato come si raggruppa la materia visibile dell’Universo studiando gli spazi vuoti che la separano e di essere riuscito a raggiungere una precisione quattro volte maggiore rispetto al passato.
In seguito alla fase chiamata ricombinazione, ovvero quando la temperatura dell’Universo è scesa abbastanza da permettere la formazione dei primi atomi, le piccole perturbazioni di densità che permeavano il cosmo sono evolute, sotto effetto della gravità, dando vita a quelli che oggi sono i filamenti di galassie, separati tra loro da enormi vuoti cosmici.
Sebbene la maggior parte della materia che compone l’Universo sia invisibile, la materia ordinaria, organizzata in galassie, viene utilizzata come tracciante dell’espansione dei vuoti, e le misure di velocità vengono sfruttate per testare la relatività generale. Nel nuovo studio, i ricercatori si sono invece concentrati sui vuoti, identificati dalla distribuzione delle galassie.
Paul Sutter, Ohio State University e INAF Osservatorio Astronomico di Trieste
Paul Sutter, co-autore dello studio, ricercatore presso la Ohio State University e associato INAF presso l’Osservatorio Astronomico di Trieste, dice che la nuova misura può contribuire a effettuare nuovi test per la teoria della relatività generale di Einstein, che rappresenta attualmente la migliore descrizione di come funziona la forza di gravità.
Sutter paragona la nuova tecnica a «raccogliere informazioni sull’emmental studiandone le cavità», e spiega per quale motivo gli astronomi dovrebbero interessarsi agli spazi vuoti: «Le cavità sono vuote. Sembrano noiose. Le galassie sono come grandi città dislocate nell’Universo, sono piene di luci e di attività, mentre i vuoti sono i chilometri di terreni coltivati che le separano».
«Ma noi stiamo cercando prove del fatto che la relatività generale possa sbagliarsi, e la grande attività in corso nelle galassie rende difficile osservare i piccoli effetti che potrebbero dimostrarlo. È più facile cercare questi effetti nelle regioni vuote, dove ci sono meno distrazioni. Per capirci meglio: è come cercare di individuare la luce tenue di una lucciola in un campo di grano non illuminato o in una città piena di lampioni e vita notturna».
Le regioni vuote dello spazio, sottolinea Sutter, sono vuote solo nel senso che non contengono materia ordinaria, ma sono piene di energia oscura, la componente invisibile dell’Universo, responsabile della sua espansione accelerata.
Se da un lato è vero che, nei suoi cento anni di vita, la teoria della relatività generale ha fatto molta strada nel fornire una spiegazione su come funziona la gravità, è altrettanto vero che Einstein non poteva sapere nulla dell’energia oscura, e anzi, si è a lungo battuto contro la presenza di quel termine scomodo, che serviva per far tornare i conti. Per questo gli astronomi oggi sono al lavoro per scoprire se questa teoria sia in grado di reggere in un Universo dominato da una componente imprevista.
Il team di ricercatori, diviso tra Stati Uniti, Germania, Francia e Italia, ha effettuato simulazioni al computer e costruito un modello per le cavità dello spazio, confrontando poi i dati ottenuti con le osservazioni raccolte dalla Sloan Digital Sky Survey. L’analisi dei modelli di densità di materia e di crescita delle strutture cosmologiche sviluppati tenendo conto della fisica dei vuoto ha rivelato un miglioramento della precisione pari a quattro volte gli studi precedenti.
Gli scienziati erano alla ricerca di piccole deviazioni in ciò che accade all’interno dei vuoti rispetto a quanto previsto dalla relatività generale, e non ne hanno trovato nessuno. Quindi la teoria di Einstein continua ad essere valida. I risultati e i modelli prodotti da questo studio sono disponibili al pubblico sul sito web dedicato al progetto, in modo che chiunque sia interessato possa utilizzarli in futuro.
«I nostri risultati dimostrano che all’interno delle cavità si possono trovare un sacco di informazioni fino ad ora inesplorate», conclude Sutter. «È letteralmente come tirar fuori qualcosa dal nulla».
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review Letters l’articolo “Constraints on cosmology and gravity from the dynamics of voids” di Nico Hamaus, Alice Pisani, P. M. Sutter, Guilhem Lavaux, Stephanie Escoffier, Benjamin D. Wandelt e Jochen Weller