Il 30 giugno 1905, Albert Einstein iniziò una rivoluzione con la pubblicazione della teoria della relatività speciale. Questa teoria, tra le altre cose, affermava che la velocità della luce nel vuoto è la stessa per tutti gli osservatori, indipendentemente dalla sorgente. Nel 1915, lo seguì con la pubblicazione della sua teoria della relatività generale, che affermava che la gravità ha un effetto deformante sullo spazio-tempo. Per oltre un secolo, queste teorie sono state uno strumento essenziale in astrofisica, spiegando il comportamento dell'Universo su larga scala.
Tuttavia, dagli anni '90, gli astronomi sono consapevoli del fatto che l'Universo si sta espandendo a un ritmo accelerato. Nel tentativo di spiegare i meccanismi alla base di ciò, i suggerimenti hanno spaziato dalla possibile esistenza di un'energia invisibile (cioè l'energia oscura) alla possibilità che le equazioni di campo di Relatività generale di Einstein possano crollare. Ma grazie al recente lavoro di un gruppo di ricerca internazionale, è ormai noto che Einstein ha sempre avuto ragione.
Utilizzando il Fiber Multi-Object Spectrograph (FMOS) sul Subaru Telescope, il team - guidato dai ricercatori dell'Istituto giapponese di fisica e matematica dell'Universo (Kavli IMPU) e dell'Università di Tokyo - ha creato il 3D più profondo mappa dell'Universo fino ad oggi. Tutto sommato, questa mappa contiene circa 3000 galassie e comprende un volume di spazio che misura 13 miliardi di anni luce.
Per testare la teoria di Einstein, il team - guidato dal Dr. Teppei Okumura, un ricercatore del progetto IPMU di Kavli - ha utilizzato le informazioni ottenute dal progetto FastSound negli ultimi anni. Come parte del loro sforzo per accertare le origini dell'accelerazione cosmica, questo progetto si basa sui dati raccolti dal telescopio Subaru per creare un sondaggio che monitora lo spostamento verso il rosso delle galassie.
Da quanto osservato nel corso di 40 notti (tra il 2012 e il 2014), il FastSound Survey è stato in grado di determinare le velocità di accensione e il raggruppamento di oltre 3.000 galassie distanti. Misurando le loro distorsioni dello spazio verso il rosso per vedere quanto velocemente si muovevano, Okumura e il suo team sono stati in grado di tracciare l'espansione di queste galassie fino a una distanza di 13 miliardi di anni luce.
Questa è stata un'impresa storica, visto che i precedenti modelli 3D dell'Universo non sono stati in grado di superare i 10 miliardi di anni luce. Ma grazie all'FMOS sul Subaru Telescope, in grado di analizzare le galassie da 12,4 a 14,7 miliardi di anni luce di distanza, il team è riuscito a battere questo record. Hanno quindi confrontato i risultati con il tipo di espansione previsto dalla teoria di Einstein, in particolare l'inclusione della sua costante cosmologica.
Introdotta originariamente da Einstein nel 1917 come aggiunta alla sua teoria della relatività generale, la costante cosmologica era sostanzialmente un modo per trattenere la gravità e ottenere un universo statico. E mentre Einstein abbandonò questa teoria quando Edwin Hubble scoprì che l'Universo si stava espandendo, da allora è diventato una parte accettata del modello standard della cosmologia moderna (noto come modello Lambda-CDM).
Ciò che il team di ricerca ha scoperto è che anche a una distanza di 13 miliardi di anni luce nell'universo, le regole della relatività generale sono ancora valide. "Abbiamo testato la teoria della relatività generale più di quanto abbia mai fatto chiunque altro", ha affermato il dott. Okumura. "È un privilegio poter pubblicare i nostri risultati 100 anni dopo che Einstein ha proposto la sua teoria."
Questi risultati hanno contribuito a risolvere qualcosa su cui gli astronomi si sono scervellati per decenni, ovvero se la costante cosmologica di Einstein potesse o meno essere dimostrata coerente con un Universo in espansione. E mentre vari esperimenti hanno confermato che la relatività generale corrispondeva ai dati osservativi, in passato sono stati in qualche modo limitati.
Ad esempio, l'esperimento Pound-Rebka, che ebbe luogo nel 1960, fu la prima conferma della teoria di Einstein. Tuttavia, questo esperimento, e i molti che seguirono nei decenni successivi, furono indiretti o limitati al Sistema Solare. Un esperimento del 2010 condotto da ricercatori dell'Università di Princeton ha confermato la relatività generale a una distanza di 7 miliardi di anni luce.
Ma con questo esperimento, la Relatività Generale è stata confermata a una distanza di 13 miliardi di anni luce, che rappresenta la stragrande maggioranza dell'Universo che possiamo vedere (che è 13,8 miliardi di anni luce). Sembra che anche un secolo dopo, le teorie di Einstein stiano ancora sostenendo. E considerando che una volta sosteneva che la costante cosmologica era il "più grande errore" della sua carriera scientifica!
