I ricercatori credono di aver individuato una pista che potrebbe finalmente aiutarci a risolvere uno degli enigmi più ostinati di tutta l'astrofisica: in un recente studio, spiegano che è sempre più probabile che i buchi neri siano l'origine dell'energia oscura, che essa stessa si sospetta di svolgere un ruolo determinante nell’espansione dell’universo.
Nel 1929, l'illustre astronomo Edwin Hubble – lo stesso che diede il nome al famoso telescopio – fece una scoperta che avrebbe rivoluzionato la cosmologia: fu il primo a dimostrare che il nostro Universo era in espansione. Da allora, molti ricercatori hanno cercato di calcolare al meglio la velocità di questa espansione, chiamata anche osservazione di Hubble-Lemaître… ed è qui che iniziano i problemi.
L'espansione dell'Universo, un mistero ostinato
Inizialmente, la fisica newtoniana tradizionale suggeriva che l’espansione dovesse rallentare nel tempo, frenata dalle interazioni gravitazionali tra oggetti estremamente massicci come le galassie. Ma la situazione è cambiata negli anni ’90 con l’arrivo di nuovi metodi che hanno portato alla luce una situazione molto più sfumata. Ora sappiamo che l’espansione dell’Universo sta accelerando, invece di rallentare come si pensava in precedenza. Il problema è che i diversi metodi di misurazione non riescono ad accordarsi sul valore di questa accelerazione. Tutti producono risultati che appaiono individualmente coerenti, ma sono fondamentalmente incoerenti. Ci troviamo di fronte ad una grande incoerenza che oggi chiamiamo La tensione di Hubble.
Per mettere le cose in prospettiva, diversi eminenti astrofisici hanno affrontato il problema dal punto di vista opposto. Invece di calcolare la costante di Hubble dalle osservazioni, hanno cercato di identificare la forza trainante dietro l’espansione dell’universo. Per questo, hanno introdotto un concetto completamente nuovo: energia oscura. Questo termine designa una forma di energia ancora sconosciuta, ma onnipresente nel cosmo. Secondo alcuni modelli rappresenta fino al 70% dell'energia totale dell'Universo. E soprattutto gioca un ruolo determinante nella sua espansione. La sua influenza sarebbe tale da controbilanciare l'influenza della gravità, costringendo i diversi corpi celesti ad allontanarsi sempre più rapidamente.
Più passa il tempo, più questa idea diventa convincente. In effetti, funziona così bene che i suoi tre principali artefici, Saul Perlmutter, Adam Riess e Brian Schmidt, hanno ricevuto il premio Nobel per questo contributo rivoluzionario alla teoria. Ma in questo modello rimane un buco assolutamente enorme: l’esatta natura dell’energia oscura rimane completamente sconosciuta. Nessuno sa esattamente di cosa sia fatto o da dove provenga. Rimane fino ad oggi uno dei più grandi misteri di tutta l'astrofisica e persino della scienza in generale.
Un'estensione del accoppiamento cosmologico »
Ma recentemente altri astronomi hanno cominciato ad avvicinarsi ad una spiegazione convincente; secondo un recente documento di ricerca, è sempre più probabile che questa energia oscura provenga direttamente dai buchi neri.
Questo lavoro parte da un'ipotesi centrale secondo la quale questi oggetti potrebbero essere ripercussioni dirette dei meccanismi che hanno permesso all'Universo di decollare con il Big Bang.
Questo tema è emerso in modo spettacolare lo scorso anno, con la pubblicazione di uno studio molto importante sull’argomento. I suoi autori hanno esaminato i buchi neri supermassicci che risiedono al centro delle cosiddette galassie “morte”, vale a dire che hanno completamente esaurito le materie prime destinate ad alimentare la crescita delle loro stelle e del loro buco nero. In teoria quest’ultima non dovrebbe quindi più poter crescere; tuttavia, gli autori hanno osservato che continuano ad aumentare di massa.
Per spiegare questa apparente incoerenza, hanno introdotto un nuovo concetto: a « accoppiamento cosmologico “, attraverso il quale le proprietà degli oggetti sarebbero direttamente influenzate dall'espansione dell'universo (vedi il nostro articolo).
Questa è una nozione abbastanza rivoluzionaria, perché si oppone direttamente all'idea che parametri come la massa siano proprietà intrinseche degli oggetti; invece lo sarebbero intimamente legata al modo in cui l’Universo evolve su scala globale. I ricercatori dietro questo nuovo studio lo hanno visto come un’opportunità da estrapolare per far avanzare la ricerca dell’energia oscura.
« Se ti poni la domanda: “Dove nell’universo vediamo la gravità così forte come lo era all’inizio della sua storia?” la risposta si trova al centro dei buchi neri », Afferma Gregory Tarlé, professore di fisica all'Università del Michigan e coautore di questo nuovo studio. “ È possibile che ciò che è accaduto durante l’inflazione iniziale stia accadendo al contrario; la materia di una stella massiccia ritornerebbe all'energia oscura durante il collasso gravitazionale, come un piccolo Big Bang giocato al contrario. »
Dati coerenti con la teoria
Per provare a verificare ciò, i cinque gruppi di ricerca coinvolti in questo progetto si sono basati sul DESI (Strumento spettroscopico per l'energia oscura). Si tratta di un osservatorio all'avanguardia che, come suggerisce il nome, è interamente dedicato all'energia oscura. Utilizzando un insieme di oltre 5.000 rilevatori, sonda costantemente le galassie lontane per comprendere meglio il modo in cui l'universo si espande e, per estensione, i meccanismi che consentono all'energia oscura di farsi strada.
L'Osservatorio ha recentemente concluso il primo ciclo di questa campagna scientifica. E nonostante la sua relativa giovinezza, ha già dimostrato di essere incredibilmente produttivo. Ha permesso di raccogliere una montagna di dati che hanno portato alla luce in particolare a tendenza con gravi implicazioni.
Sappiamo infatti da anni che i buchi neri diventano col passare del tempo sempre più numerosi e massicci. Tuttavia, allo stesso tempo, le letture del DESI mostrano chiaramente che anche la densità dell'energia oscura sta aumentando… ma non almeno; Si scopre che l’aumento dell’energia oscura corrisponde sorprendentemente bene a quello dei buchi neri. In effetti, la connessione sembra così forte statisticamente parlando, probabilmente non è una coincidenza. Più dati si accumulano, più i due parametri sembrano essere strettamente collegati.
« I due fenomeni sono coerenti tra loro: man mano che si creavano nuovi buchi neri in seguito alla morte di stelle massicce, la quantità di energia oscura nell’universo aumentava della giusta quantità ha affermato Duncan Farrah, professore associato di fisica presso l’Università di Washington-Hawaii e coautore dello studio. “ Il fatto che i buchi neri siano la fonte dell’energia oscura sta diventando sempre più plausibile. »
Una nuova era per la caccia all’energia oscura
Va chiarito che, sebbene la consistenza dei dati sia molto incoraggiante, si tratta al momento solo di un'ipotesi. Ci vorranno ancora molti dati e lavoro per ottenere una conferma rigorosa. Ma la buona notizia è che DESI sembra sulla buona strada per fornirci nuovi pezzi di questo grande puzzle. Non ha ancora dimostrato tutto ciò di cui è capace e continuerà a guadagnare slancio. È quindi lecito scommettere che nei prossimi quattro anni emergeranno nuovi elementi sempre più convincenti. Una prospettiva molto entusiasmante per i ricercatori coinvolti, perché segna l’inizio di una nuova era nella caccia all’energia oscura: quella della sperimentazione concreta.
« Ciò non farà altro che portare più profondità e chiarezza alla nostra comprensione dell’energia oscura, indipendentemente dal fatto che continui a supportare o meno l’ipotesi del buco nero », esulta Steve Ahlen, un altro coautore dello studio. “ Penso che sia un meraviglioso sforzo sperimentale. Possiamo avere o meno idee preconcette, ma siamo guidati da dati e osservazioni. »
« Fondamentalmente, la questione se i buchi neri siano energia oscura, unita all’universo in cui abitano, non è più solo una questione teorica », conclude Tarlé. “ Questa è una domanda sperimentale! »
Il testo dello studio è disponibile qui.
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