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L’Universo in un ‘buco di tarlo’

Una recente ipotesi teorica suggerisce che il nostro Universo risiedere all’interno di un “buco di tarlo”, o wormhole, che a sua volta sarebbe parte di un buco nero supermassiccio che si trova all’interno di un universo ancora più grande. Questo scenario in cui l’Universo è nato all’interno di un wormhole, altresì noto come ponte di Einstein-Rosen, è stato avanzato dal fisico teorico Nikodem Poplawski dell’Indiana University il quale, basandosi sulla geometria euclidea, ha costruito un modello per descrivere il moto geodetico di una particella nel campo gravitazionale di un buco nero.

Nello studiare il moto radiale attraverso l’orizzonte degli eventi relativo a due tipi di buchi neri, uno di tipo Schwarzschild e l’altro di tipo Einstein-Rosen, entrambi i quali rappresentano soluzioni matematiche della relatività generale, Poplawski ammette che solo un esperimento o una osservazione possono rivelare il moto di una particella che cade in un buco nero. Inoltre, egli afferma che dato che gli osservatori possono solamente vedere le regioni esterne di un buco nero, quelle più interne non possono essere osservate a meno che un osservatore non vi entri o non risieda all’interno di esso. “Questa condizione sarebbe soddisfatta se il nostro universo fosse all’interno di un buco nero che esista, a sua volta, all’interno di un universo più grande” afferma Poplawski. “Dato che la teoria della relatività generale di Einstein non sceglie una direzione preferenziale del tempo, se un buco nero si forma dal collasso gravitazionaledella materia attraverso l’orizzonte degli eventi nel futuro, allora il processo inverso è possibile. In altre parole, questo processo descriverebbe la formazione di un “buco bianco” con la materia che emerge dall’orizzonte degli eventi nel passato, come l’Universo in espansione”. Un buco bianco è connesso a un buco nero mediante il ponte di Einstein-Rosen, appunto il wormhole, e rappresenta ipoteticamente l’inversione temporale di un buco nero. L’idea di Poplawski vuole che tutti i buchi neri, non solo quelli del tipo Schwarzschild o del tipo Einstein-Rosen, abbiano i ponti di Einstein-Rosen, ognuno con un proprio universo che si è formato contemporaneamente con il buco nero. “Da ciò segue che il nostro Universo potrebbe essersi formato all’interno di un buco nero che esiste all’interno di un altro universo più grande” spiega Poplawski. Dunque, applicando il modello del collasso gravitazionale isotropo di una sfera e le attuali leggi della fisica agli altri buchi neri, l’ipotesi di assumere la nascita del nostro Universo all’interno di un buco di tarlo permetterebbe di risolvere i problemi che gli scienziati si trovano ad affrontare con il Big Bang e con il problema relativo alla perdita di informazione del buco nero che prevede, infatti, che tutta l’informazione contenuta nella materia sia persa quando essa attraversa l’orizzonte degli eventi, sfidando le leggi della meccanica quantistica. Infine, lo stesso Poplawski è convinto che il suo modello potrebbe spiegare l’origine dell’inflazione cosmica.

C’è da dire, però, che una delle proprietà note sui wormhole è che sono altamente instabili e dovrebbero collassare istantaneamente anche quando la più piccola quantità di materia, come un singolo fotone, provi ad attraversarlo. Ma come si fa a provare tutto ciò? Bene, per vedere se un oggetto può viaggiare attraverso un wormhole, l’osservatore dovrebbe stare all’interno dello stesso dato che le regioni interne non possono essere osservate dall’esterno. Una possibile soluzione è che un certo tipo di materia esotica potrebbe non fare collassare il wormhole perciò dovremmo creare o essere fatti di materia esotica per mantenerlo aperto. Ma, come afferma lo stesso Poplawski, se il wormhole fa parte di un buco nero che si trova all’interno di un universo ancora più grande allora il processo potrebbe funzionare.

[Abstract: Radial motion into an Einstein–Rosen bridge]

L’energia scura e la costante cosmologica

L’orientazione delle coppie galattiche, che dovrebbe essere casuale, potrebbe aiutare gli astronomi a rivelare distorsioni nello spaziotempo causate dall’espansione dell’Universo.
Credit: NASA, ESA, the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration, and A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University)

Uno dei problemi affrontati da Einstein fu quello di capire se l’Universo fosse statico o in espansione. Infatti, introducendo la massa come protagonista principale della sua teoria generale della relatività, ci si aspettava che tutta la materia sarebbe collassata in un unico “punto” per l’effetto della mutua attrazione gravitazionale. Ma come mai questo non accadeva e cos’era che lo impediva?

Nel 1917, l’idea di Einstein fu quella di introdurre nelle equazioni della relatività generale un termine costante, chiamato successivamente la costante cosmologica, che aveva gli effetti di una forza repulsiva, per contrastare la gravità e rendere, per così dire, statico l’Universo. Sebbene Einstein cercò di scoprire il significato più profondo di questo termine egli affermò che la sua presenza nelle equazioni della relatività fu il “suo più grande errore” nel momento in cui venne a conoscenza dei risultati di Edwin Hubble sull’espansione dell’Universo. Di fatto, la teoria della relatività generale considerava un Universo non statico ma in espansione anche se lo stesso Einstein non riteneva ci fosse mai stato un momento della creazione. Insomma, nonostante le sue radicali convinzioni, la teoria di Einstein descriveva un Universo dinamico che un tempo doveva essere molto più piccolo, ancora molto più piccolo delle dimensioni di un atomo, un’idea che si adattava bene a quello che più tardi sarà chiamato il modello del Big Bang (vedasi Idee sull’Universo).

Oggi, due ricercatori francesci, Christian Marinoni e Adeline Buzzi, riportano le analisi relative alle osservazioni di alcune coppie di galassie distanti. I ricercatori hanno utilizzato un approccio diverso al cosiddetto test Alcock-Paczynski e si sono concentrati sull’allineamento individuale di centinaia di coppie di galassie, analizzando un campione di 721 coppie di galassie vicine della SDSS confrontando le loro velocità di recessione con quelle di un campione di 509 coppie di galassie più distanti della DEEP2 redshift survey. “L’orientazione di queste binarie galattiche dovrebbe apparire casuale nello spazio. Tuttavia la geometria dello spazio e l’espansione dell’Universo possono deformare le orientazioni apparenti” spiega Marinoni. Senza introdurre le dovute correzioni, queste orientazioni spaziali possono presentarsi distorte a causa del redshift che dipende da come si sta espandendo l’Universo. Correggendo per l’effetto geometrico e tenendo conto dell’energia scura, i ricercatori sono arrivati ad ottenere un modello nel quale le coppie galattiche vengono osservate in tutte le direzioni. Ciò ha permesso di confermare due “dogmi” del modello cosmologico standard: 1) che lo spazio è geometricamente piatto e 2) che è dominato dalla misteriosa energia scura, che si comporterebbe come la famosa costante cosmologica di Einstein.

Nonostante ciò, il cosmologo Michael Turner dell’Università di Chicago è un pò cauto nell’accettare questi risultati e suggerisce ulteriori ricerche prima che possa essere confermata, o meno, questa ipotesi.

[Abstract: A geometric measure of dark energy with pairs of galaxies]