L’energia oscura si è fatta in due?

Trovati indizi su un secondo tipo di energia oscura, attiva solo nel giovane universo

Due studi separati, riportano di aver trovato indizi in merito a un secondo tipo di energia oscura – la misteriosa energia all’origine dell’espansione accelerata nell’universo attuale – che avrebbe agito però nei primi 300mila anni dopo il Big Bang.


L’Atacama Cosmology Telescope è di fatto costituito da un’antenna parabolica di circa 6 metri di apertura che devia il fascio verso un rivelatore posto nel fuoco fuori asse. Lo strumento è sorretto da una montatura azimutale all’interno di una struttura schermante
(M. Devlin, CC0).

Gli studi sono assolutamente preliminari e si basano sull’analisi di dati raccolti tra il 2013 e 2016 con l’Atacama Cosmology Telescope (ACT) in Cile, ma se confermati aiuteranno a comprendere uno dei grandi misteri riguardanti l’Universo primordiale e incompatibili con il tasso di espansione cosmica misurata in quello attuale. A oggi non ci sono certezze che tale forma di energia oscura sia davvero esistita e, giustamente, i cosmologi sono molto prudenti in attesa di dati più robusti che potranno anche arrivare dal South Pole Telescope in Antartide.


Anche il South Pole Telescope è costituito da un riflettore di 10m. Qui in una suggestiva fotografia durante la notte antartica, con tanto di Via Lattea e un’aurora polare (Keith Vanderlinde, NSF)
.

Questi due strumenti, infatti, osservano ad alta risoluzione angolare il fondo cosmico a microonde (CMB), spesso indicato come l’eco del Big bang, e ne misurano le minime fluttuazioni nel segnale. Il CMB è una delle prove più forti del Modello Cosmologico Standard basato su un Big Bang iniziale. Tale modello descrive l’evoluzione di un Universo composto di tre elementi principali: l’energia oscura, l’altrettanto misteriosa materia oscura che tiene insieme le galassie e la materia ordinaria, che rappresenta meno del 5% della massa e dell’energia totali.


Confronto tra le mappe ACT (in alto) e Planck (in basso) per un campo di 15 gradi a 148 GHz (sinistra) e 218 GHz (destra). La differenza in risoluzione è evidente. Le nuove misure permetteranno di stabilire se nel giovane Universo abbia agito una seconda forma di Energia Oscura. Immagine tratta da Thibaut Louis et al. (2014).

Se quella che definiscono come “energia oscura precoce” abbia realmente agito nelle prime fasi del giovane Universo, i ricercatori ne troveranno le impronte nel CMB con un segnale forte.

La mappa completa del CMB su tutto il cielo resta ancora quella ottenuta mediante il satellite Planck dell’Agenzia Spaziale Europea, tra il 2009 e 2013. Con essa i cosmologi hanno calcolato quanto velocemente dovrebbe espandersi l’Universo nell’epoca attuale, ammesso che il modello standard sia corretto. Tuttavia, nell’ultimo decennio, misurazioni sempre più accurate dell’espansione, basate sulla luminosità delle supernove e altre tecniche, hanno evidenziato come essa sia tra il 5-10% più veloce delle attese. Cosa sta ancora spingendo l’Universo?  

I cosmologi per giustificare tale discrepanza hanno proposto varie soluzioni. Tra le varie, due anni fa, è stato proposto di aggiungere un “ingrediente” in più, quello che il cosmologo Marc Kamionkowski definisce come “energia oscura iniziale”, una sorta di fluido che avrebbe permeato l’Universo prima di svanire entro poche centinaia di migliaia di anni dal Big Bang. L’energia oscura iniziale non sarebbe stata abbastanza forte da spiegare l’espansione accelerata che adesso osserviamo, causata dalla sola energia oscura “ordinaria”. Quell’energia sarebbe stata comunque abbastanza forte da causare un più rapido raffreddamento del plasma primordiale, più velocemente di quanto sarebbe altrimenti stato.

Di tale scenario dovrebbe esserci la firma nella radiazione cosmica di fondo e quindi con concrete possibilità di essere rivelato nei dati, con tutte le implicazioni cosmologiche che ne derivano, come l’età dell’Universo e il tasso stesso di espansione. Queste informazioni sono esattamente nelle minime differenze d’intensità nel segnale del CMB.

Nello specifico, i due studi hanno trovato che la mappa della polarizzazione del CMB ottenuta con l’ACT è meglio compatibile con il modello che include l’ipotizzata energia oscura precoce anziché la sola energia oscura ordinaria prevista nel modello standard. Non è cosa da poco: se confermata l’azione dell’energia oscura precoce, l’Universo avrebbe un’età di circa l’11% inferiore rispetto a quella stimata e passerebbe dagli attuali 13,8 a “soli” 12,4 miliardi di anni. Di conseguenza, l’espansione sarebbe circa il 5% più rapida e le distanze cosmiche andrebbero riviste al ribasso: in altre parole, le galassie sarebbero più vicine.

È fin troppo evidente che l’introduzione dell’energia oscura precoce, e confermata, rappresenta una vera rivoluzione in cosmologia con conseguenze estese in vari ambiti dell’astrofisica. Per questi motivi sarà fondamentale incrociare i dati raccolti con l’ACT e il South Pole Telescope.

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