Un team internazionale guidato dalla Sapienza ha scoperto, durante l’analisi dei dati forniti dal satellite Planck, discordanze significative che potrebbero portare a una crisi del modello cosmologico attuale e indurci a cambiare radicalmente le nostre convinzioni sulla struttura e geometria dell’Universo. I risultati dello studio sono pubblicati sulla rivista Nature Astronomy
Rivoluzione cosmologica: l’Universo è davvero piatto?
Il modello di Universo oggi più accreditato e che finora ha superato brillantemente un numero considerevole di verifiche sperimentali è quello di un Universo in espansione infinita a partire da un Big Bang primordiale. Una delle predizioni fondamentali del modello è che la sua geometria sia Euclidea, vale a dire un Universo “piatto”.
La geometria Euclidea è la geometria che sperimentiamo nella nostra vita di ogni giorno e che abbiamo più o meno tutti studiato sui banchi di scuola. In questa geometria due rette parallele non si incontrano mai e la somma degli angoli interni di un triangolo è esattamente pari a 180 gradi.
La Relatività Generale lascia tuttavia aperta la possibilità a geometrie differenti. In Relatività Generale la materia influisce sullo geometria dello spazio che la contiene. In particolare, se consideriamo distanze cosmologiche, pari a miliardi di anni luce, è possibile che la geometria non sia quindi Euclidea.
Un modo per misurare tale geometria è attraverso le osservazioni accurate delle anisotropie della radiazione di fondo cosmico. Queste anisotropie, formatesi miliardi di anni fa, hanno attraversato praticamente l’intero Universo. La loro forma può permetterci di capire se l’ipotesi di geometria Euclidea sia verificata o meno.
L’esperimento BOOMERANG ed il satellite WMAP hanno prodotto mappe molto precise delle anisotropie della radiazione di fondo cosmico negli anni passati, mostrando una compatibilità elevata con l’ipotesi di piattezza e confermando quindi le predizioni del modello cosmologico standard.
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Tuttavia una recente elaborazione dei dati ottenuti dal satellite Planck da parte del team internazionale guidato da Alessandro Melchiorri ha significativamente migliorato le misure precedenti, mostrando però un Universo non più piatto ma “chiuso”. In questo caso la geometria Euclidea non è più valida. Come sulla superficie di una sfera, due rette parallele si possono incontrare e la somma degli angoli interni di un triangolo è maggiore di 180 gradi. Ci troveremmo quindi come intrappolati sulla superficie di una sfera ma in tre dimensioni. Percorrendo alla velocità della luce una distanza cosmologica in linea retta potremmo tornare al punto di partenza.
Questa nuova determinazione ha ovviamente delle implicazioni enormi dal punto di vista cosmologico, ma l’analisi di Melchiorri non si ferma a questo.
Se l’Universo è chiuso entra in crisi anche l’accordo tra le misure di Planck e le recenti survey di galassie quali BOSS. Entrambe le misure fornivano valori compatibili riguardo l’abbondanza di materia ed il valore della costante di Hubble. Tuttavia, se l’Universo è chiuso, questo non é più vero, portando ad una vera e propria crisi del modello cosmologico. In pratica non abbiamo più un modello capace di spiegare l’insieme complessivo delle osservazioni.
“I nuovi dati ottenuti da Planck – spiega Alessandro Melchiorri, corresponding author dello studio – mostrano che l’Universo è solo il 4% più curvo di quanto si pensasse. Questa percentuale è però sufficiente a creare una discordanza con le rimanenti osservazioni astrofisiche, mostrando tensioni e differenze”.
La scoperta di anomalie ha spesso portato a una rivoluzione nella nostra concezione dell’Universo. Si pensi all’orbita ellittica di Marte che ha portato alla legge di gravitazione di Newton o alla precessione anomala del perielio di Mercurio che ha poi portato alla Relatività Generale.
“Ovviamente c’è ancora la possibilità che un effetto sistematico ancora non rivelato sia alla base delle discrepanze osservate – afferma Melchiorri – Esperimenti di anisotropie futuri quali il Simons Observatory chiariranno sicuramente la situazione. La porta per una rivoluzione in cosmologia sembra però ora aperta ed i prossimi esperimenti potrebbero portare risultati ancora più esaltanti”.
Riferimenti:
Planck evidence for a closed Universe and a possible crisis for cosmology – Eleonora Di Valentino, Alessandro Melchiorri & Joseph Silk – Nature Astronomy (2019) DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-019-0906-9
