Polarisation_CMB_Planck

Planck sottopone a test la relatività di Einstein

Alcuni ricercatori hanno ricavato nuovi indizi sull’energia scura e la teoria della gravità di Einstein dopo aver analizzato i recenti dati della missione del satellite Planck dell’ESA. I risultati dimostrano che il modello standard della cosmologia (detto Lambda-CDM) rimane una descrizione eccellente dell’Universo. Inoltre, quando i dati di Planck vengono combinati con le osservazioni astronomiche, emergono una serie di divergenze. Studi successivi dovranno determinare se queste anomalie sono dovute alle incertezze delle misure o a delle correlazioni fisiche sconosciute, che potrebbero mettere in discussione la teoria della relatività. Dunque, l’analisi dei dati di Planck fornisce un maggior impeto per la ricerca relativa alle prossime missioni spaziali.

Dal 2009 al 2013, il satellite Planck ha raccolto una serie di misure della cosiddetta radiazione cosmica di fondo (Cosmic Background Radiation, CMB). Si tratta della luce più antica che siamo in grado di osservare emersa quando l’Universo aveva appena 380 mila anni dopo il Big Bang. A causa dell’espansione dello spazio, questa radiazione è ancora osservabile oggi su tutto il cielo nella banda delle microonde. In questi 4 anni di osservazioni, Planck ha monitorato il cielo producendo una mappa della CMB senza precedenti che ha sfornato, è il caso di dirlo, numerosi articoli scientifici. Risultati precedenti suggeriscono che sono necessari solo 6 parametri che permettono di descrivere in maniera eccellente e accurata l’evoluzione dell’Universo dopo il Big Bang. Le minuscole differenze di temperatura osservate nella mappa della CMB hanno permesso ai ricercatori di identificare questi 6 parametri con estrema precisione: l’età dell’Universo, la densità degli atomi, la densità della materia, l’ampiezza delle fluttuazioni primordiali, la dipendenza di scala di questa ampiezza e l’epoca della formazione delle prime stelle (post1; post2). Uno di questi tiene conto dell’energia dello spazio, nota come energia scura, che comprende circa il 70 percento dell’energia totale dell’Universo e si ritiene sia responsabile dell’espansione accelerata dello spazio.

La ricerca sull’energia scura è ancora in una fase embrionale. Sebbene i dati della CMB mostrino che è necessaria questa forma sconosciuta di energia, la sua natura rimane ancora da svelare. Analizzando gli ultimi dati di Planck, i ricercatori hanno introdotto diversi modelli che tengono conto di questa enigmatica forma di energia e si basano sulle ipotesi della “gravità modificata”, mettendo perciò in discussione la stessa relatività generale. Svariati sono i metodi utilizzati e le misure considerate che vanno dalle oscillazioni acustiche barioniche, cioè le onde di densità dell’Universo primordiale, alle misure locali della costante di Hubble, che indica il tasso di espansione dell’Universo all’epoca attuale, senza tralasciare una determinata classe di supernovae (SN Ia). Dai dati di Planck gli scienziati sono stati in grado di determinare quanta energia scura sia esistita nel passato trovando, sorprendentemente, che essa è significativamente inferiore di quanto ci si aspetta. Finora, era stato assunto un valore massimo pari all’1 percento di tutta l’energia all’epoca della ricombinazione, ossia quando emerse la CMB 380 mila anni dopo il Big Bang. Ma i dati di Planck suggeriscono, invece, che essa non deve essere stata più dello 0,4 percento. Ciò crea un problema teorico per i modelli dell’energia scura che predicono una quantità di energia considerevolmente elevata durante le fasi primordiali della storia cosmica. Inoltre, l’analisi dei dati di Planck ha permesso di rivelare piccole perturbazioni nella stessa gravità che non sono completamente consistenti con il modello cosmologico standard. Anche se queste discrepanze sono piccole e variano in funzione dell’insieme di dati esaminato, esse implicano la necessità di realizzare una serie di test e controlli prendendo in esame altri insiemi di dati per capire se abbiamo a che fare con delle vere e proprie deviazioni dalle leggi della gravità di Einstein che richiedano, perciò, una revisione.

Insomma, l’analisi dei dati rappresenta una chiave di fondamentale importanza per la ricerca nel campo della cosmologia in generale e per lo studio dell’energia scura e della gravità in particolare. Essi si possono considerare il punto di partenza per le future missioni spaziali, quale Euclid (vedasi il blog dedicato) prevista per il 2020.

University of Heidelberg: “Planck” Puts Einstein to the Test
ESA: Planck 2015 results. XIV. Dark energy and modified gravity