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Mettere in discussione il modello cosmologico standard

Le immagini mostrano la distribuzione del gas ad alta temperatura associato agli ammassi di galassie utilizzando due modelli cosmologici diversi. Credit: LJMU
Il modello cosmologico standard, o del Big Bang, è stato sviluppato grazie alle osservazioni della struttura su larga dell’Universo e ad una serie di considerazioni teoriche. Esso dipende da due principali assunzioni: l’universalità delle leggi della fisica ed il principio cosmologico per cui l’Universo appare omogeneo e isotropo su larga scala. Queste due ipotesi furono prese inizialmente come postulati ma gli scienziati sono continuamente impegnati a verificarne, o meno, la loro validità. Oggi, a seguito di due lavori indipendenti condotti da due gruppi di astronomi guidati da Chris Collins e Ian McCarthy della Liverpool John Moores University’s Astrophysics Research Institute il modello standard della cosmologia sembra essere messo in discussione. Il loro studio, che è stato reso possibile grazie ai fondi della Science and Technology Facilities Council, si basa su alcune recenti misure del grado di formazione degli ammassi di galassie analizzando la radiazione cosmica di fondo. I dati suggeriscono che l’Universo primordiale era molto più “piatto” e più regolare di quanto ipotizzato e ciò porta a ripensare ad una nuova composizione cosmica e ad un diverso meccanismo attraverso il quale si sono formate successivamente le strutture cosmiche che oggi possiamo ammirare sottoforma di stelle e galassie.

L’Universo appare decisamente diverso rispetto a quanto abbiamo ipotizzato. Anche se questa affermazione può sembrare scoraggiante, di certo non ci stiamo sorprendendo più di tanto o stiamo facendo le valigie per scappare via da questa situazione. La Scienza diventa interessante proprio quando le previsioni e gli esperimenti non vanno in accordo e questo ci porta a  rivedere alcuni punti del nostro modello cosmologico standard. Infatti, nonostante credessimo di trovare molti più super ammassi, l’Universo primordiale ci ha fatto una sorpresa perché ne abbiamo trovati molto meno di quanto ci si aspettava”, spiega Collins. Una delle pietre miliari del modello cosmologico standard è la radiazione cosmica di fondo, cioè la luce più antica che siamo in grado di osservare, la nostra unica fonte di informazione dell’Universo delle origini all’epoca in cui aveva una età di appena 380 mila anni dopo il Big Bang. Di recente, il satellite Planck dell’ESA è stato in grado di fornirci una spettacolare mappa del cielo relativa alla distribuzione delle minuscole variazioni di temperatura della radiazione stessa che nel corso del tempo cosmico si sono evolute, crescendo lentamente, per formare quei siti cosmici da cui hanno avuto origine le stelle e le galassie (post). Inoltre, i dati più precisi di Planck rispetto a quelli ottenuti dai suoi predecessori, quali COBE e WMAP, ci forniscono tutta una serie di informazioni di vitale importanza che riguardano, ad esempio, la composizione dell’Universo (31.7% materia scura e 68.3% energia scura) e la sua età (13.82 miliardi di anni). Non solo, ma il satellite è talmente sensibile alle strutture gravitazionali più grandi, cioè gli ammassi di galassie, che contengono migliaia di singole galassie ed una enorme distribuzione di materia scura. Come abbiamo già detto in precedenza, in maniera quasi curiosa l’analisi dei dati di Planck ci fornisce un numero inferiore di ammassi rispetto a quanto previsto. Ora, i due studi condotti in maniera indipendente da Collins e da MacCarthy confermano che esiste il cosiddetto “problema degli ammassi di Planck” perché di fatto si trova un numero molto inferiore di ammassi rispetto a quello previsto, implicando che il modello standard della cosmologia dovrà essere rivisitato. “Sapevamo già che il numero di ammassi trovati da Planck fosse decisamente inferiore rispetto a quanto ci si aspettava e la nostra analisi ci dice che il numero degli ammassi è circa un fattore due più basso rispetto alle previsioni”. A risultati simili arriva il gruppo guidato da McCarthy esaminando le proprietà statistiche della radiazione cosmica di fondo. La discrepanza nel numero di ammassi osservati e quelli previsti dalle simulazioni numeriche suggerisce che l’analisi effettuata dalle osservazioni del satellite Planck, tenendo conto dei parametri del modello cosmologico standard, o non è corretta oppure il modello stesso presenta dei punti deboli. Nel secondo caso, una possibilità affascinante potrebbe essere data dal fatto che la mancanza di ammassi di galassie sia un segnale legato ad un importante contributo al contenuto di energia dell’Universo ad opera dei neutrini più massicci, cioè quelle particelle elusive che interagiscono con la materia ordinaria molto debolmente. Dunque, il passo successivo sarà ora quello di pianificare una serie di simulazioni numeriche su larga scala che includano anche gli effetti dei neutrini sulla formazione degli ammassi di galassie per capire meglio come hanno avuto origine e si sono evolute queste enormi strutture cosmiche.

LJMU: LJMU astronomers challenge cosmological model

arXiv: The thermal Sunyaev Zel'dovich effect power spectrum in light of Planck

arXiv: