Perché l'universo si sta espandendo a una velocità crescente, diffondendo i suoi contenuti su dimensioni dello spazio sempre maggiori? Una soluzione originale a questo enigma, sicuramente la domanda più affascinante della cosmologia moderna, è stata proposta da quattro fisici teorici, Edward W. Kolb del Fermi National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, Chicago (USA): Sabino Matarrese dell'Università di Padova; Alessio Notari dell'Università di Montreal (Canada); e Antonio Riotto dell'INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) di Padova (Italia). Il loro studio è stato presentato ieri alla rivista Physical Review Letters.
Negli ultimi cento anni, l'espansione dell'universo è stata oggetto di discussioni appassionate, coinvolgendo le menti più brillanti del secolo. Come i suoi contemporanei, Albert Einstein inizialmente pensava che l'universo fosse statico: che non si espandesse né si restringesse. Quando la sua teoria della relatività generale ha mostrato chiaramente che l'universo dovrebbe espandersi o contrarsi, Einstein ha scelto di introdurre un nuovo ingrediente nella sua teoria. La sua "costante cosmologica" rappresentava una densità di massa di spazio vuoto che spinse l'universo ad espandersi a un ritmo sempre crescente.
Quando nel 1929 Edwin Hubble dimostrò che l'universo si sta effettivamente espandendo, Einstein ripudiò la sua costante cosmologica, definendola "il più grande errore della mia vita". Quindi, quasi un secolo dopo, i fisici resuscitarono la costante cosmologica in una variante chiamata energia oscura. Nel 1998, le osservazioni di supernove molto distanti hanno dimostrato che l'universo si sta espandendo a un ritmo accelerato. Questa espansione accelerata sembrava essere spiegabile solo dalla presenza di un nuovo componente dell'universo, un '"energia oscura", che rappresenta circa il 70 percento della massa totale dell'universo. Del resto, circa il 25 percento sembra essere sotto forma di un'altra componente misteriosa, la materia oscura; mentre solo circa il 5 percento comprende la materia ordinaria, quei quark, protoni, neutroni ed elettroni di cui noi e le galassie siamo fatti.
"L'ipotesi dell'energia oscura è estremamente affascinante", spiega Antonio Riotto di Padova, "ma d'altra parte rappresenta un problema serio. Nessun modello teorico, nemmeno il più moderno, come la supersimmetria o la teoria delle stringhe, è in grado di spiegare la presenza di questa misteriosa energia oscura nella quantità richiesta dalle nostre osservazioni. Se l'energia oscura fosse la dimensione che le teorie prevedono, l'universo si espanderebbe con una velocità così fantastica da impedire l'esistenza di tutto ciò che sappiamo nel nostro cosmo. "
La quantità necessaria di energia oscura è così difficile da conciliare con le leggi conosciute della natura che i fisici hanno proposto ogni sorta di spiegazioni esotiche, tra cui nuove forze, nuove dimensioni dello spaziotempo e nuove particelle elementari ultraleggere. Tuttavia, il nuovo rapporto non propone nuovi ingredienti per l'universo, ma solo la consapevolezza che l'attuale accelerazione dell'universo è una conseguenza del modello cosmologico standard per l'universo primordiale: l'inflazione.
"La nostra soluzione al paradosso posto dall'universo in accelerazione", afferma Riotto, "si basa sulla cosiddetta teoria inflazionistica, nata nel 1981. Secondo questa teoria, in una piccola frazione di secondo dopo il Big Bang, l'universo sperimentò un'espansione incredibilmente rapida. Questo spiega perché il nostro universo sembra essere molto omogeneo. Recentemente, gli esperimenti di Boomerang e WMAP, che hanno misurato le piccole fluttuazioni della radiazione di fondo originate dal Big Bang, hanno confermato la teoria inflazionistica.
È opinione diffusa che durante l'espansione inflazionistica all'inizio della storia dell'universo, siano state generate increspature molto piccole nello spazio-tempo, come previsto dalla teoria della relatività generale di Einstein. Queste increspature sono state allungate dall'espansione dell'universo e si estendono oggi ben oltre il nostro orizzonte cosmico, che si trova su una regione molto più grande dell'universo osservabile, una distanza di circa 15 miliardi di anni luce. Nel loro articolo attuale, gli autori propongono che è l'evoluzione di queste increspature cosmiche che aumenta l'espansione osservata dell'universo e spiega la sua accelerazione.
"Ci siamo resi conto che devi semplicemente aggiungere questo nuovo ingrediente chiave, le increspature dello spaziotempo generate durante l'epoca dell'inflazione, alla relatività generale di Einstein per spiegare perché l'universo sta accelerando oggi", afferma Riotto. “Sembra che la soluzione al puzzle dell'accelerazione coinvolga l'universo oltre il nostro orizzonte cosmico. Non è richiesta alcuna misteriosa energia oscura. "
Il Kolb di Fermilab ha definito la proposta degli autori la spiegazione più conservatrice per l'universo in accelerazione. "Richiede solo una corretta contabilità degli effetti fisici delle increspature oltre il nostro orizzonte cosmico", ha detto.
I dati dei prossimi esperimenti consentiranno ai cosmologi di testare la proposta. "Se Einstein avesse ragione quando ha introdotto per la prima volta la costante cosmologica, o se avesse ragione quando in seguito ha confutato l'idea sarà presto testato da un nuovo ciclo di osservazioni cosmologiche di precisione", ha detto Kolb. "I nuovi dati ci permetteranno presto di distinguere tra la nostra spiegazione per l'espansione accelerata dell'universo e la soluzione di energia oscura".
L'INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), istituto nazionale di fisica nucleare italiano, sostiene, coordina e svolge ricerca scientifica in fisica subnucleare, nucleare e astroparticellare ed è coinvolto nello sviluppo di tecnologie pertinenti.
Fermilab, a Batavia, Illinois, USA, è gestito dalla Universities Research Association, Inc. per il Dipartimento di Energia del Dipartimento dell'Energia, che finanzia la ricerca avanzata in fisica delle particelle e cosmologia.
Fonte originale: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
