Vista sul campo profondo di Hubble. Credito d'immagine: Hubble. Clicca per ingrandire.
I cosmologi dell'Università di Princeton hanno annunciato un nuovo metodo per capire perché l'espansione dell'universo sta accelerando. La tecnica proposta sarà in grado di determinare se l'accelerazione cosmica è dovuta a una forma ancora sconosciuta di energia oscura nell'universo o se è una firma di una rottura della teoria della relatività generale di Einstein su scale molto grandi dell'universo. Il risultato è stato presentato oggi dal principale investigatore, il dott. Mustapha Ishak-Boushaki, un ricercatore associato all'Università di Princeton nel New Jersey, al meeting della Canadian Astronomical Society a Montreal, QC.
“L'espansione accelerata dell'universo costituisce uno dei problemi più intriganti e stimolanti in astrofisica. Inoltre, è collegato a problemi in molti altri campi della fisica. Il nostro lavoro di ricerca è focalizzato sulla limitazione di diverse possibili cause di questa accelerazione. " dice il dottor Ishak-Boushaki.
Negli ultimi 8 anni, diverse osservazioni astronomiche indipendenti hanno dimostrato che l'espansione dell'universo è entrata in una fase di accelerazione. La scoperta di questa accelerazione è stata una sorpresa per gli astrofisici che si aspettavano di misurare un rallentamento dell'espansione causata dall'attrazione gravitazionale della materia ordinaria nell'universo.
Per spiegare l'accelerazione cosmica, i cosmologi teorici hanno introdotto la nozione di una nuova componente energetica che costituirebbe i due terzi dell'intera densità energetica dell'universo e che è repulsivamente gravitazionale piuttosto che attraente. Questo componente è stato definito Dark Energy.
L'energia oscura è reale? "Non lo sappiamo", commenta il professor David Spergel di Princeton. "Potrebbe essere una nuova forma di energia o la firma osservativa del fallimento della teoria della relatività generale di Einstein. Ad ogni modo, la sua esistenza avrà un profondo impatto sulla nostra comprensione dello spazio e del tempo. Il nostro obiettivo è essere in grado di distinguere i due casi ".
Il caso più semplice dell'Energia Oscura è la costante cosmologica che Einstein ha introdotto 80 anni fa per conciliare la sua teoria della relatività generale con il suo pregiudizio che l'universo è statico. Dovette ritirare la costante cosmologica qualche anno dopo quando fu scoperta l'espansione dell'universo. La scoperta dell'accelerazione cosmica ha ravvivato il dibattito sulla costante cosmologica in un nuovo contesto.
Un'altra possibilità fondamentalmente diversa è che l'accelerazione cosmica è la firma di una nuova teoria della gravità che entra su scale molto grandi dell'universo piuttosto che sul prodotto dell'Energia Oscura. Alcuni dei modelli di gravità modificata proposti di recente sono ispirati alla teoria delle superstringhe e alla fisica extra dimensionale.
Potremmo distinguere tra queste due possibilità? La procedura proposta mostra che la risposta è sì. L'idea generale è la seguente. Se l'accelerazione è dovuta all'energia oscura, la storia dell'espansione dell'universo dovrebbe essere coerente con la velocità con cui crescono i gruppi di galassie. Le deviazioni da questa coerenza sarebbero la firma del crollo della relatività generale su scale molto grandi dell'universo. La procedura proposta implementa questa idea confrontando i vincoli ottenuti sull'energia oscura da diverse sonde cosmologiche e consente di identificare chiaramente eventuali incoerenze.
Ad esempio, in questo studio è stato considerato un universo descritto da una teoria della gravità modificata a 5 dimensioni e è stato dimostrato che la procedura può identificare la firma di questa teoria. È importante sottolineare che è stato dimostrato che i futuri esperimenti astronomici possono distinguere tra teorie di gravità modificate e modelli di energia oscura.
Il lavoro di ricerca sui risultati presentati è stato condotto dal Dr. Mustapha Ishak-Boushaki in collaborazione con il Professor David Spergel, entrambi del Dipartimento di Scienze Astrofisiche dell'Università di Princeton, e Amol Upadhye, uno studente laureato presso il Dipartimento di Fisica dell'Università di Princeton.
Fonte originale: Princeton News Release
