Gli scienziati della NASA sondano l’energia oscura: è ora di rivedere la Teoria della Gravità di Albert Einstein?
Uno dei più grandi enigmi dell’astrofisica potrebbe essere risolto rielaborando la teoria della gravità di Albert Einstein? Non ancora, secondo un nuovo studio condotto in collaborazione da scienziati della NASA.
L’universo si sta espandendo a un ritmo sempre più rapido e i fisici non sanno perché. Questo fenomeno sembra contraddire tutto ciò che gli scienziati capiscono dell’effetto della gravità sul cosmo: è come se si lanciasse una mela in aria e, invece di tornare giù, continuasse a salire, sempre più velocemente. La causa dell’accelerazione cosmica, chiamata energia oscura, rimane un mistero.
Un nuovo studio segna l’ultimo sforzo per determinare se si tratta semplicemente di un malinteso: che le aspettative sul funzionamento della gravità su scala dell’intero universo sono errate o incomplete. Questo potenziale malinteso potrebbe aiutare i ricercatori a spiegare l’energia oscura. Tuttavia, lo studio – uno dei test più precisi finora condotti sulla teoria della gravità di Albert Einstein su scala cosmica – rileva che la comprensione attuale sembra ancora corretta. Lo studio è stato condotto dall’International Dark Energy Survey, utilizzando il telescopio Victor M. Blanco di 4 metri in Cile.
Energia oscura: l’avvio verso la comprensione del mistero
I risultati, redatti da un gruppo di scienziati tra cui alcuni del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA, sono stati presentati mercoledì 24 agosto alla Conferenza internazionale sulla fisica delle particelle e la cosmologia (COSMO’22) a Rio de Janeiro. Il lavoro contribuisce a gettare le basi per due telescopi spaziali di prossima realizzazione che indagheranno la nostra comprensione della gravità con una precisione ancora maggiore rispetto al nuovo studio e forse risolveranno definitivamente il mistero.
Più di un secolo fa, Albert Einstein sviluppò la sua Teoria della Relatività Generale per descrivere la gravità. Finora ha previsto con precisione tutto, dall’orbita di Mercurio all’esistenza dei buchi neri. Ma alcuni scienziati hanno sostenuto che se questa teoria non è in grado di spiegare l’energia oscura, allora forse è necessario modificare alcune delle sue equazioni o aggiungere nuovi componenti.
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Per scoprire se questo è il caso, i membri del Dark Energy Survey hanno cercato prove del fatto che la forza di gravità è variata nel corso della storia dell’universo o su distanze cosmiche. Un risultato positivo indicherebbe che la teoria di Einstein è incompleta, il che potrebbe contribuire a spiegare l’accelerazione dell’espansione dell’universo. I ricercatori hanno esaminato anche i dati di altri telescopi oltre a Blanco, tra cui il satellite Planck dell’ESA (Agenzia Spaziale Europea), giungendo alla stessa conclusione.
Secondo lo studio, la teoria di Einstein funziona ancora. Quindi non c’è ancora una spiegazione per l’energia oscura. Tuttavia, questa ricerca sarà utilizzata per due prossime missioni: La missione Euclid dell’ESA, il cui lancio è previsto non prima del 2023, con il contributo della NASA, e il Nancy Grace Roman Space Telescope della NASA, il cui lancio è previsto non oltre il maggio 2027. Entrambi i telescopi cercheranno le variazioni della forza di gravità nel tempo o a distanza.
Una visione poco chiara
Come fanno gli scienziati a sapere cosa è successo nel passato dell’universo? Osservando gli oggetti lontani. Un anno luce è una misura della distanza che la luce può percorrere in un anno (circa 6.000 miliardi di miglia, o circa 9.500 miliardi di chilometri). Ciò significa che un oggetto distante un anno luce ci appare come era un anno fa, quando la luce ha lasciato l’oggetto per la prima volta. E le galassie distanti miliardi di anni luce ci appaiono come erano miliardi di anni fa. Il nuovo studio ha preso in esame galassie che risalgono a circa 5 miliardi di anni fa. Euclide scruterà 8 miliardi di anni nel passato, mentre Roman guarderà indietro di 11 miliardi di anni.
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Le galassie in sé non rivelano la forza di gravità, ma il loro aspetto quando vengono osservate dalla Terra sì. La maggior parte della materia del nostro universo è materia oscura, che non emette, riflette o interagisce in altro modo con la luce. I fisici non sanno di cosa sia fatta, ma sanno che c’è, perché la sua gravità la rivela: Grandi serbatoi di materia oscura nel nostro universo deformano lo spazio stesso. Quando la luce viaggia nello spazio, incontra queste porzioni di spazio deformato, facendo sì che le immagini di galassie lontane appaiano curve o sfocate. Questo fenomeno è stato evidenziato in una delle prime immagini rilasciate dal telescopio spaziale James Webb della NASA.
Gli scienziati della Dark Energy Survey cercano nelle immagini delle galassie distorsioni più sottili dovute alla curvatura dello spazio da parte della materia oscura, un effetto chiamato lente gravitazionale debole. La forza di gravità determina le dimensioni e la distribuzione delle strutture di materia oscura, e le dimensioni e la distribuzione, a loro volta, determinano la deformazione di quelle galassie. È così che le immagini possono rivelare la forza di gravità a diverse distanze dalla Terra e in tempi lontani nel corso della storia dell’universo. Il gruppo ha misurato le forme di oltre 100 milioni di galassie e finora le osservazioni corrispondono a quanto previsto dalla teoria di Einstein.
“C’è ancora spazio per mettere in discussione la teoria della gravità di Einstein, dato che le misurazioni diventano sempre più precise”, ha detto la coautrice dello studio Agnès Ferté, che ha condotto la ricerca come ricercatrice post-dottorato al JPL. “Ma abbiamo ancora molto da fare prima di essere pronti per Euclide e Roman. È quindi essenziale continuare a collaborare con scienziati di tutto il mondo su questo problema, come abbiamo fatto con la Dark Energy Survey”.
