L'universo è un mare apparentemente infinito pieno di stelle, galassie e nebulose. In esso, vediamo modelli e costellazioni che hanno ispirato storie nel corso della storia. Ma esiste un modello cosmico che ancora non capiamo. Una domanda che rimane senza risposta: qual è la forma dell'universo? Pensavamo di saperlo, ma nuove ricerche suggeriscono il contrario e potrebbero indicare una crisi nella cosmologia.
Molti dei primi astronomi sostenevano che l'universo era una sfera di stelle, che racchiudeva il sistema solare e si concentrava su una Terra fissa e immobile. Ma nel corso dei secoli gli astronomi hanno scoperto che il nostro Sole era solo uno dei miliardi all'interno di una galassia e che c'erano innumerevoli galassie sparse in miliardi di anni luce di spazio. La questione della forma della creazione sembrava un punto controverso. Stelle e galassie esistevano nello spazio vuoto. Ciò che potrebbe essere lo spazio se non una tela bianca: piatta, euclidea e priva di struttura.
Quindi nei primi anni del 1900, Albert Einstein sviluppò la sua teoria della relatività generale. In esso, lo spazio non era una tela bianca. Potrebbe piegarsi e allungarsi, torcersi e deformarsi, in base alla posizione e al movimento della massa nell'universo. Queste deformazioni spaziali hanno deviato la luce e la materia, causando l'effetto che chiamiamo gravità. Con la relatività, lo spazio potrebbe assumere forme diverse. Fu quindi possibile che l'universo potesse avere una forma cosmica generale, così come la Terra è, nel complesso, rotonda.
In termini molto generali, la relatività generale consentirebbe all'universo di avere una delle tre forme: piatta, chiusa o aperta.
Flat è il modo in cui pensiamo allo spazio nella nostra vita quotidiana. È lo spazio euclideo che impariamo a scuola. Lo spazio piatto si estende uniformemente in tutte le direzioni e due fasci di luce paralleli rimarrebbero per sempre paralleli.
Lo spazio aperto può essere immaginato come a forma di sella. Si piega in modo tale da divergere mentre si estende verso l'esterno. Due fasci di luce inizialmente paralleli si sarebbero gradualmente distanziati, allontanandosi leggermente l'uno dall'altro mentre attraversavano il cosmo.
Lo spazio chiuso è generalmente sferico. Converge mentre si estende, in modo che i raggi di luce paralleli alla fine si incontrino e si incrociano, come linee di longitudine sulla Terra.
Va detto che nessuno di questi ha a che fare con il fatto che l'universo nel suo insieme si sta espandendo. L'espansione cosmica significa che i punti nello spazio si stanno diffondendo nel tempo. La forma dell'universo si occupa della forma dello spazio. Un palloncino sferico può espandersi quando viene gonfiato, proprio come un foglio di gomma piatto può essere allungato e rimanere piatto. Quindi il nostro universo in espansione potrebbe essere piatto, aperto o chiuso.
Poiché la curvatura dello spazio è influenzata dalla presenza di massa, la forma complessiva dell'universo dipende dalla densità media della materia al suo interno. Nella relatività generale questo valore è dato dal parametro di densità, che è il rapporto tra la densità osservata e la "densità critica" necessaria affinché l'universo sia piatto. Se il parametro densità è 1, allora l'universo è piatto. Se è maggiore di 1 è chiuso ed è aperto se il parametro di densità è inferiore a 1. Le misurazioni della densità cosmica hanno costantemente dato un valore di 1. Ai limiti dell'osservazione, l'universo è piatto, come sospettiamo da tempo .
Ma c'è un altro modo per misurare la forma del cosmo, e cioè guardare la dimensione apparente di oggetti molto distanti. Tutto ritorna al comportamento di fasci di luce paralleli. In un universo piatto, le linee parallele rimangono parallele, quindi la luce proveniente da due lati di una galassia lontana ci raggiunge in linea retta. I loro angoli l'uno rispetto all'altro rimangono gli stessi, e quindi la galassia appare come la sua vera dimensione.
Se l'universo è aperto, le linee parallele divergono con la distanza. Quindi la luce della nostra galassia lontana diventa più parallela quando ci raggiunge. Ciò significa che la galassia sembrerebbe più piccola di quanto non sia. Se l'universo è chiuso, si verifica la piegatura opposta della luce e la galassia sembrerebbe più grande di quello che è.
In un nuovo articolo pubblicato in Natura, una squadra non ha esaminato le galassie, ma piuttosto le fluttuazioni all'interno del Cosmic Microwave Background (CMB). Il CMB è la luce residua del big bang, ed è la luce più distante che possiamo vedere nell'universo. Per questo motivo, è la luce più colpita dalla forma dell'universo. La scala delle fluttuazioni nel CMB è determinato dalla quantità di materia oscura e di energia oscura nell'universo, che conosciamo, quindi sappiamo quanto grandi dovrebbero apparire le fluttuazioni. Quando il team ha analizzato il CMB dati dal veicolo spaziale Plank, hanno scoperto che le fluttuazioni erano più grandi del previsto. Ciò significa che entro una certezza del 99% l'universo è chiuso, non piatto.
Questa nuova ricerca contraddice numerosi studi precedenti che dimostrano che l'universo è piatto. Potrebbe esserci un errore sistematico nei dati di Planck che sta facendo curvare l'universo, ma se la ricerca è accurata indica una lacuna nella nostra comprensione. Per ora, la forma dell'universo non è chiara.
fonte: Prove di Planck per un universo chiuso e una possibile crisi per la cosmologia, di Di Valentino, E., et al.
