Energia oscura e anisotropia nella radiazione cosmica di fondo

Sono passati almeno 15 anni da  quando è stato scoperto che il nostro Universo subisce una spinta repulsiva che lo sta accelerando, ossia che le sue dimensioni, contrariamente a quanto si era finora supposto, crescono più di quanto la spinta iniziale del Big Bang e al contrario la reciproca attrazione della materia che lo frena possano spiegare.

le varie ipotesi evolutive dell’Universo.
Credit: Il Poliedrico

Nel giugno scorso parlai di un tema particolarmente scottante in cosmologia 1: l’accelerazione dell’espansione dell’universo.
Questo è un fenomeno inflattivo che fu scoperto alla fine del XX secolo e che finora è stato spiegato soprattutto facendo ricorso a una misteriosa energia oscura spiegata prevalentemente in vari modi:
come costante cosmologica, quindi integrata nella natura stessa del tessuto dell’Universo e indicata con la lettera lambda Λ e valore repulsivo fisso wq = −1, o come quintessenza, ovvero una quinta forza fondamentale della natura 2 che può assumere una natura attrattiva o repulsiva a seconda del rapporto tra energia cinetica ed energia potenziale nell’universo.

InterazioneMediatoreMagnitudine relativaAndamento asintoticoRaggio d'azione
Interazione fortegluone10^{38}r^01,4 10^15 m
Interazione elettromagneticafotone10^{36}1 / r^2infinito
Interazione deboleBosoni W e Z10^{25}e^-Mr / r10^-18 m
Interazione gravitazionalegravitone10^01 / r^2infinito
Tabella 1

Stando alle teorie della quintessenza, questa divenne repulsiva – ossia cambiò stato come l’acqua diviene ghiaccio a 0° C. – circa 10 miliardi di anni fa a seguito dell’espansione iniziale dell’Universo.
Qui i valore repulsivo della quintessenza varia col variare delle condizioni locali nell’universo, ovvero questa avrà valori diversi tra i super ammassi di galassie dove la materia è concentrata e gli spazi di vuoto che li separano, come una ragnatela e soprattutto, come è ovvio, il suo valore cambia nel tempo.

Un team di astronomi dell’università di Portsmouth – R. CrittendenR. NicholA. J. Ross  –  e dell’università Ludwig Maximilians di Monaco di Baviera – T. Giannantonio – ha riproposto uno studio del 2008 3 4 sui dati del satellite Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) riguardante l’effetto Sachs-Wolfe integrato 5.
Questo nuovo studio 6 tiene conto di nuovi dati e nuovi metodi di indagine per venire incontro alle obiezioni sollevate dagli altri cosmologi 7 che sostanzialmente però non mutano il quadro emerso dalla precedente ricerca che conferma un valore specifico per il modello Lambda-CDM pari a w = −1 per redshift superiori  a 1.

L’effettto Sachs-Wolfe integrato.
Credit: Istituto di astronomia dell’Università delle Hawaii

Fu proprio R. Crittenden insieme a  Neil Turok nel 1996 a proporre di cercare nell’anisotropia secondaria della radiazione cosmica di fondo le prove della presenza di energia oscura nell’Universo 8 9.
I fotoni della CMB inizialmente isotropi avrebbre risentito dell’influenza gravitazionale delle grandi concentrazioni di materia diventando ovviamente leggermente più freddi per effetto della curvatura dello spazio locale ma avrebbero acquistato più energia (effetto blueshift) riscaldati dalla stessa materia autrice della curvatura. Questi due effetti in assenza di energia oscura si controbilancerebbero quasi esattamente – si devono comunque  tener conto anche di altri effetti come la focalizzazione gravitazionale, l’effetto Sunyaev-Zel’dovich etc. – ma l’energia oscura che dilata lo spazio consentirebbe alla CMB rilevata di avere un’impronta energetica leggermente più alta là dove le concentrazioni di massa l’hanno riscaldata.
Quindi la presenza di energia oscura si potrebbe rilevare confrontando le concentrazioni di materia conosciute nell’universo locale con le impronte delle fluttuazioni della CMB.
E in effetti importanti correlazioni pare che ci siano, tanto che il team di Portsmouth e Monaco parla che il  99,996% di queste sia da imputarsi all’energia oscura.

Comunque sia, il capitolo Energia Oscura non è affatto finito.  Il team di Crittenden si dice sicuro dei risultati ma manca la verifica di altri gruppi di ricerca e l’immancabile controrisposta dei cosmologi scettici. Ma soprattutto com’è fatta questa Energia Oscura?


Altri riferimenti:
http://www.ras.org.uk/news-and-press/219-news-2012/2167-dark-energy-is-real-say-portsmouth-astronomers

http://www.ifa.hawaii.edu/cosmowave/supervoids/

 

Note:

  1. Teoria del Tutto e la fine del Tempo, Il Poliedrico 24 giugno 2012.
  2. Le altre forze fondamentali sono descritte nella tabella 1.
  3. Combined analysis of the integrated Sachs-Wolfe effect and cosmological implications, ArXiv 6 maggio 2008.
  4. In quell’anno Tommaso Giannantonio era a Portsmouth.
  5.  Nel 1967 Rainer Kurt Sachs and Arthur Michael Wolfe ipotizzarono che l’osservazione della Radiazione cosmica di Fondo (Cosmic Microwave Background o CMB in inglese) sarebbe stata influenzata dall’impronta gravitazionale della materia mentre attraversava lo spazio, un effetto già noto come redshift gravitazionale previsto dalla Relatività Generale.
  6. The significance of the integrated Sachs-Wolfe effect revisited, ArXiv 10 settembre 2012.
  7. Molti dubbi eranmo stati sollevati sul primo lavoro, come la debole ampiezza delle anisotropie rivelate che potevano essere frutto anche di nubi di polvere o gas caldi sulla linea dell’osservatore, errori o rumore di fondo etc.
  8. Looking for $Λ$ with the Rees-Sciama Effect, ArXiv 13  ottobre 1995.
  9. Rees-Sciama Effect in a CDM Universe, ArXiv 7 giugno 1995.

Umberto Genovese

Autodidatta in tutto - o quasi, e curioso di tutto - o quasi. L'astronomia è una delle sue più grandi passioni. Purtroppo una malattia invalidante che lo ha colpito da adulto limita i suoi propositi ma non frena il suo spirito e la sua curiosità. Ha creato il Blog Il Poliedrico nel 2010 e successivamente il Progetto Drake (un polo di aggregazione di informazioni, articoli e link sulla celebre equazione di Frank Drake e proposto al l 4° Congresso IAA (International Academy of Astronautics) “Cercando tracce di vita nell’Universo” (2012, San Marino)) e collabora saltuariamente con varie riviste di astronomia. Definisce sé stesso "Cercatore".

2 commenti:

  1. La cosmologia “occulta” della materia oscura e dell’energia oscura deve andare a casa, e alla svelta.

    Con un 95% e fischia di oggetti che non si vedono, l'Universo "ufficiale" ha infatti più a che fare con l’occultismo che con la razionalità.

    MA COME SI FA A DAR FIDUCIA AD UN AMMINISTRATORE CHE È IN GRADO DI RENDER CONTO DI MENO DEL 5% DEL PATRIMONIO AMMINISTRATO, SENZA CONSIDERARLO POCO

    COMPETENTE?

    Mah, chi lo sa.

    Ciao.

    Leo.
    http://rinabrundu.files.wordpress.com/2012/06/lav

    • Salve, 🙂
      spesso dimentichiamo che la moderna cosmologia ha meno di un secolo e le prime missioni scientifiche spaziali molto meno.
      Quelli che adesso chiamiamo materia ed energia oscure è solo perché ancora la loro natura sfugge alla nostra comprensione.
      Anche il modello standard della meccanica quantistica non è assolutamente perfetto, eppure per ora in mancanza di meglio lo teniamo. I risultati di AMS02 suggeriscono che il modello standard probabilmente è superato da un nuovo modello supersimmetrico, altri studi che conciliano la relatività generale con la fisica quantistica suggeriscono altre spiegazioni alla geometria dell'universo senza ricorrere all'energia oscura. Siamo solo agli inizi, porta pazienza 🙂
      Grazie per l'intervento
      Umby

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