La teoria del multiverso, che afferma che ci può essere un numero multiplo o addirittura infinito di universi, è un concetto consolidato nella cosmologia e nella fisica teorica. Mentre il termine risale alla fine del XIX secolo, le basi scientifiche di questa teoria sono nate dalla fisica quantistica e dallo studio delle forze cosmologiche come i buchi neri, le singolarità e i problemi derivanti dalla teoria del Big Bang.
Una delle domande più ardenti quando si tratta di questa teoria è se la vita possa esistere o meno in più universi. Se davvero le leggi della fisica cambiassero da un Universo all'altro, cosa potrebbe significare questo per la vita stessa? Secondo una nuova serie di studi condotti da un team di ricercatori internazionali, è possibile che la vita possa essere comune in tutto il Multiverso (se effettivamente esiste).
Gli studi, intitolati "L'impatto dell'energia oscura sulla formazione di galassie. Cosa riserva il futuro del nostro universo? " e "Efficienza nella formazione di galassie e spiegazione multiverso della costante cosmologica con simulazioni EAGLE", è apparso di recente nel Avvisi mensili della Royal Astronomical Society. Il primo studio è stato condotto da Jaime Salcido, uno studente post-laurea presso la Durham University
Quest'ultimo era guidato da Luke Barnes, un John Templeton Research Fellow presso l'Università di Sydney Sydney Institute for Astronomy. Entrambe le squadre includevano membri dell'International Center for Radio Astronomy Research della University of Western Australia, l'Istituto di ricerca astrofisica dell'Università di Liverpool John Moores e l'Osservatorio di Leida dell'Università di Leiden.
Insieme, il team di ricerca ha cercato di determinare in che modo l'espansione accelerata del cosmo avrebbe potuto influire sul tasso di formazione di stelle e galassie nel nostro Universo. Questo accelerato tasso di espansione, che è parte integrante del modello di cosmologia Lambda-Cold Dark Matter (Lambda-CDM), è nato da problemi posti dalla Teoria della relatività generale di Einstein.
Come conseguenza delle equazioni sul campo di Einstein, il fisico ha capito che l'Universo sarebbe stato in uno stato di espansione o contrazione dal Big Bang. Nel 1919, Einstein rispose proponendo la "Costante cosmologica" (rappresentata da Lambda), che era una forza che "tratteneva" gli effetti della gravità e assicurava quindi che l'Universo fosse statico e immutabile.
Poco dopo, Einstein ritrattò questa proposta quando Edwin Hubble rivelò (sulla base delle misurazioni del redshift di altre galassie) che l'Universo era davvero in uno stato di espansione. Apparentemente Einstein arrivò al punto di dichiarare la costante cosmologica "il più grande errore" della sua carriera. Tuttavia, la ricerca sull'espansione cosmologica alla fine degli anni '90 ha fatto rivalutare la sua teoria.
In breve, gli studi in corso sull'universo su larga scala hanno rivelato che negli ultimi 5 miliardi di anni l'espansione cosmica è accelerata. Come tale, gli astronomi hanno iniziato a ipotizzare l'esistenza di una forza misteriosa e invisibile che stava guidando questa accelerazione. Popolarmente conosciuta come "Energia Oscura", questa forza è anche chiamata Costante Cosmologica (CC) poiché è responsabile del contro-effetto degli effetti della gravità.
Da quel momento, astrofisici e cosmologi hanno cercato di capire come l'energia oscura avrebbe potuto influenzare l'evoluzione cosmica. Questo è un problema poiché i nostri attuali modelli cosmologici prevedono che ci deve essere più energia oscura nel nostro universo di quanto non sia stato osservato. Tuttavia, rappresentare grandi quantità di energia oscura provocherebbe un'espansione così rapida da diluire la materia prima che si formassero stelle, pianeti o vita.
Per il primo studio, Salcido e il team hanno quindi cercato di determinare come la presenza di più energia oscura potesse influenzare il tasso di formazione stellare nel nostro universo. Per fare questo, hanno condotto simulazioni idrodinamiche usando il progetto EAGLE (Evolution and Assembly of GaLaxies and their Environments) - una delle simulazioni più realistiche dell'Universo osservato.
Usando queste simulazioni, il team ha considerato gli effetti che Dark Energy (al suo valore osservato) avrebbe avuto sulla formazione stellare negli ultimi 13,8 miliardi di anni e altri 13,8 miliardi di anni nel futuro. Da questo, il team ha sviluppato un semplice modello analitico che indicava che l'energia oscura - nonostante la differenza nel tasso di espansione cosmica - avrebbe avuto un impatto trascurabile sulla formazione stellare nell'Universo.
Hanno inoltre dimostrato che l'impatto di Lambda diventa significativo solo quando l'Universo ha già prodotto la maggior parte della sua massa stellare e provoca solo una riduzione della densità totale della formazione stellare di circa il 15%. Come ha spiegato Salcido in un comunicato stampa della Durham University:
“Per molti fisici, la quantità inspiegabile ma apparentemente speciale di energia oscura nel nostro Universo è un enigma frustrante. Le nostre simulazioni mostrano che anche se ci fosse molta più energia oscura o anche pochissimo nell'Universo, avrebbe solo un effetto minimo sulla formazione di stelle e pianeti, aumentando la prospettiva che la vita potesse esistere in tutto il Multiverso. "
Per il secondo studio, il team ha utilizzato la stessa simulazione della collaborazione EAGLE per studiare l'effetto di vari gradi del CC sulla formazione su galassie e stelle. Ciò consisteva nel simulare universi con valori Lambda compresi tra 0 e 300 volte il valore corrente osservato nel nostro universo.
Tuttavia, poiché il tasso di formazione stellare dell'universo ha raggiunto il picco a circa 3,5 miliardi di anni prima dell'inizio dell'accelerazione dell'espansione (circa 8,5 miliardi di anni fa e 5,3 miliardi di anni dopo il Big Bang), gli aumenti del CC avevano solo un piccolo effetto sul tasso di formazione stellare.
Nel loro insieme, queste simulazioni hanno indicato che in un Multiverso, dove le leggi della fisica possono differire ampiamente, gli effetti di una maggiore espansione cosmica accelerata dell'energia oscura non avrebbero un impatto significativo sui tassi di formazione di stelle o galassie. Questo, a sua volta, indica che altri Universi nel Multiverso sarebbero abitabili quasi quanto il nostro, almeno in teoria. Come ha spiegato il dottor Barnes:
"In precedenza si pensava che il Multiverso spiegasse il valore osservato dell'energia oscura come una lotteria: abbiamo un biglietto fortunato e viviamo nell'Universo che forma bellissime galassie che permettono la vita come la conosciamo. Il nostro lavoro dimostra che il nostro biglietto sembra un po 'troppo fortunato, per così dire. È più speciale di quanto deve essere per la vita. Questo è un problema per il Multiverso; rimane un puzzle. "
Tuttavia, gli studi del team mettono anche in dubbio la capacità della teoria del multiverso di spiegare il valore osservato dell'energia oscura nel nostro universo. Secondo la loro ricerca, se vivessimo in un Multiverso, osserveremmo fino a 50 volte più energia oscura di quello che siamo. Sebbene i loro risultati non escludano la possibilità del Multiverso, la piccola quantità di Energia Oscura che abbiamo osservato sarebbe meglio spiegata dalla presenza di una legge della natura ancora sconosciuta.
Come ha spiegato il professor Richard Bower, membro dell'Institute for Computational Cosmology della Durham University e coautore del documento:
“La formazione di stelle in un universo è una battaglia tra l'attrazione della gravità e la repulsione dell'energia oscura. Nelle nostre simulazioni abbiamo scoperto che gli universi con molta più energia oscura della nostra possono felicemente formare stelle. Allora perché una quantità così irrisoria di energia oscura nel nostro Universo? Penso che dovremmo cercare una nuova legge della fisica per spiegare questa strana proprietà del nostro Universo, e la teoria del Multiverso fa ben poco per salvare il disagio dei fisici ".
Questi studi sono tempestivi poiché arrivano sulla scia della teoria finale di Stephen Hawking, che mette in dubbio l'esistenza del Multiverso e propone invece un Universo finito e ragionevolmente regolare. Fondamentalmente, tutti e tre gli studi indicano che il dibattito sul fatto se viviamo in un Multiverso e il ruolo dell'Energia Oscura nell'evoluzione cosmica è tutt'altro che finito. Ma possiamo aspettarci missioni di prossima generazione che forniranno alcuni indizi utili in futuro.
Questi includono il James Webb Space Telescope (JWST), il Telescopio per rilevamento a infrarossi ad ampio campo (WFIRST) e osservatori terrestri come il Matrice quadrata di chilometri (SKA). Oltre a studiare esopianeti e oggetti nel nostro Sistema Solare, queste missioni saranno dedicate allo studio di come si sono formate le prime stelle e galassie e a determinare il ruolo svolto da Dark Energy.
Inoltre, ci si aspetta che tutte queste missioni stiano raccogliendo la loro prima luce negli anni '20. Quindi rimanete sintonizzati, perché più informazioni - con implicazioni cosmologiche - arriveranno tra pochi anni!
