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Il collasso ‘imminente’ dell’Universo

Alcuni fisici hanno proposto un meccanismo secondo cui il nostro Universo terminerà ad un certo punto la sua espansione ed inizierà a collassare su sé stesso. I calcoli suggeriscono che tale collasso sia “imminente”, almeno su scale di tempo astronomiche, e potrà avvenire tra qualche decina di miliardi di anni.

In un articolo pubblicato su Physical Review Letters, Nemanja Kaloper dell’University of California a Davis e Antonio Padilla dell’University of Nottingham hanno proposto un nuovo meccanismo di collasso cosmologico, analizzando le sue implicazioni che possono derivare al fine di dare una spiegazione alla natura dell’energia scura. “Il fatto che stiamo subendo ora gli effetti dell’energia scura potrebbe essere un segnale di una fine imminente, perciò dobbiamo osservare i dati per capire quale potrebbe essere il destino dell’Universo”, dice Padilla. “Alcuni calcoli suggeriscono che questo collasso possa avvenire tra alcune decine di miliardi di anni, ma lo dobbiamo verificare in maniera appropriata”. Il punto fondamentale dello studio non è tanto capire quando l’Universo raggiungerà la sua fine, quanto verificare questo meccanismo che possa risolvere alcune questioni ancora aperte della fisica. In particolare, ci si chiede perché l’Universo si espande ad un ritmo accelerato e che cos’è l’energia scura? Queste domande sono correlate al problema della costante cosmologica, che rappresenta la densità di energia del vuoto che fa sì che l’espansione sia più grande di quanto si osserva. “Credo che abbiamo aperto un nuovo campo di ricerca che si possa descrivere come ‘la madre di tutti i problemi della fisica’, cioè il problema della costante cosmologica”, continua Padilla. Questo meccanismo di collasso gravitazionale si basa su ricerche precedenti che si basano sul concetto di “cattura” dell’energia del vuoto, che i ricercatori hanno proposto per affrontare il problema della costante cosmologica. La dinamica di questo processo predice che l’Universo collasserà ma non fornisce i dettagli del meccanismo su come avverrà il collasso cosmologico. Secondo questo meccanismo, l’Universo si originò con un insieme di condizioni iniziali specifiche che gli hanno permesso di evolvere in maniera naturale fino ad arrivare al suo stato attuale in cui l’espansione dello spazio sta accelerando, per proseguire il suo percorso verso il collasso finale. In questo scenario, una volta che il collasso inizia a dominare, esso continua in maniera “lenta” per un certo periodo finchè raggiunge il ritmo dell’espansione accelerata che vediamo oggi. Alla fine, l’Universo arresterà la sua espansione e raggiungerà una sorta di punto di svolta da cui inizierà a collassare, finendo perciò in quello che gli astronomi chiamano Big Crunch.

Attualmente, stiamo vivendo la fase di espansione accelerata dello spazio e sappiamo che l’Universo ha una età di 13,8 miliardi di anni. Dunque, affinchè questo meccanismo funzioni, il periodo dell’espansione accelerata deve durare almeno fino ai nostri tempi. Il tempo di collasso può essere ritardato scegliendo una pendenza appropriata che in questo caso ha un valore positivo sia pur piccolissimo pari a circa 10-39 in accordo alle equazioni. La pendenza molto graduale indica che l’Universo evolve molto lentamente. Cosa importante è il fatto che gli scienziati non hanno scelto una pendenza per descrivere le osservazioni e supportare così il proprio meccanismo. Invece, essi spiegano come la pendenza sia “tecnicamente naturale” e assume questo valore a causa di una simmetria presente nella teoria. Così come spiegano gli autori, la naturalezza del meccanismo lo rende uno dei primi modelli che abbiano mai predetto la fase di accelerazione senza effettuare alcun aggiustamento. La pendenza, da sola, controlla l’evoluzione dell’Universo, inclusa la scala dell’espansione accelerata. “La dimensione ‘tecnicamente naturale’ della pendenza controlla il momento in cui il collasso inizia a dominare. La domanda è: era garantito il fatto che essa ci fornisse una espansione accelerata?”, dice Padilla. “In maniera ingenua, ci si potrebbe aspettare di aggiustare alcune condizioni iniziali per garantire ciò, ma non è il caso. La dinamica del processo di sequestro dell’energia del vuoto garantisce una azione lenta”. L’idea è ancora in una fase embrionale e i fisici sperano ora di approfondirne i dettagli. “C’è molto da fare”, dice Padilla. “Proprio in questo momento stiamo cercando un metodo per descrivere la nostra teoria in modo locale per tener conto di alcuni principi della meccanica quantistica. Vorremmo perciò eseguire tutta una serie di test per verificare la nostra idea, sia al livello cosmologico che astrofisico. Più avanti, vorremmo poi capire come la nostra idea possa emergere da una teoria ancora più fondamentale, come la teoria delle stringhe. Ad esempio, cosa succede quando si considerano le correzioni per l’energia del vuoto nell’ambito della gravità quantistica?”, conclude Padilla.

Phys.org: Universe may be on the brink of collapse (on the cosmological timescale)
arXiv: Sequestering the Standard Model Vacuum Energy
arXiv: Vacuum Energy Sequestering: The Framework and Its Cosmological Consequences