Le esplosioni stellari che sfidano la costante cosmologica

Le più recenti osservazioni di supernova di tipo Ia, le esplosioni stellari utilizzate per misurare le distanze astronomiche, potrebbero mettere in discussione la spiegazione dell'energia oscura che chiama in causa la costante cosmologica di Clara Moskowitz

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Perché l'universo sta andando in pezzi? La domanda tormenta gli astronomi fin dalla scoperta, negli anni novanta, che l'espansione dell'universo sta accelerando. La storia è oggi ulteriormente complicata da nuove osservazioni di lontane esplosioni stellari che mettono in dubbio la spiegazione più accreditata, che chiama in causa la costante cosmologica.

Ciò che sta causando l'accelerazione dell'universo, qualunque cosa sia, è stato battezzato "energia oscura", ma le sue origini restano misteriose. Quando Albert Einstein formulò la teoria della relatività generale, inserì nelle sue equazioni una forza repulsiva, chiamata costante cosmologica, che all'epoca avrebbe dovuto far sì che la teoria prevedesse un universo statico. Senza di essa, i suoi calcoli mostravano che la gravità non avrebbe permesso un universo stazionario, ma ne avrebbe causato il collasso su se stesso.

Quando poi si scoprì che l'universo non è statico, ma in espansione, Einstein lasciò cadere la costante, definendola il suo “più grande errore”. Decenni più tardi, tuttavia, quando venne fuori che l'universo non è semplicemente in espansione, ma che la sua dilatazione sta addirittura accelerando, gli scienziati hanno recuperato la costante reinserendola nelle equazioni della relatività generale per prevedere un universo che si sta espandendo a velocità crescente. La costante cosmologica è attualmente l'idea guida per tenere conto dell'energia oscura, ma funziona solo se ciò che è noto come parametro w (relativo a pressione e densità) dell'equazione di stato dell'energia oscura è uguale a -1.

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Ma non è ciò che ha trovato l'esperimento Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope-Rapid Response System). Sulla base di misurazioni cosmologiche effettuate da altri progetti e delle osservazioni di Pan-STARRS relative a un particolare tipo di esplosione stellare chiamato supernova di tipo IA (che può essere usato come una sorta di righello cosmico per misurare le distanze astronomiche), i ricercatori hanno calcolato un valore di w pari a -1,186.

“Se w ha questo valore, significa che il modello più semplice per spiegare l'energia oscura non è vero", dice Armin Rest dello Space Telescope Science Institute (STScI), che il 22 ottobre ha reso pubblici i risultati sul sito di preprint arXiv. Rest tuttavia avverte che i risultati sono troppo preliminari per mettere seriamente in dubbio la costante cosmologica, almeno per il momento. "Non credo che possiamo dire, ora, di avere davvero trovato una discrepanza. Dobbiamo ancora esaminare se ciò non sia dovuto a qualche problema con uno di questi progetti.”

Il calcolo si basa sulle osservazioni di circa 150 supernove di tipo Ia, realizzate tra il 2009 e il 2011 dal telescopio PS1 del progetto Pan-STARRS alle Hawaii. Questa classe di supernove si presenta quando un particolare tipo di stella, una nana bianca, raggiunge il suo limite superiore di massa (che è lo stesso per tutte le nane bianche) ed esplode con una luminosità standard. Confrontando la luminosità apparente di una supernova con la sua luminosità intrinseca, che è appunto nota, gli astronomi possono dedurne la distanza. Le successive osservazioni spettroscopiche della supernova, che scindono la luce nei suoi colori costituenti, rivelano di quanto sia stata allungata dall'espansione dell'universo la lunghezza d'onda della luce.

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Con questi parametri in mano, i ricercatori Pan-STARRS hanno confrontato i loro dati con i risultati di altre sonde dell'energia oscura, come le osservazioni della radiazione cosmica di fondo a microonde effettuate dal satellite europeo Planck per calcolare il parametro dell'equazione di stato dell'energia oscura. Che cosa si possa leggere in quel calcolo dipende da quanto è incerto, da eventuali errori sistematici associati al telescopio e all'eventuale distorsione dei risultati nella loro analisi.

"E' generalmente accettato che la calibrazione del telescopio, la fisica delle supernove e le proprietà delle galassie siano grandi fonti di incertezza, per cui tutti gli addetti lavori stanno cercando di caratterizzarle in modi diversi”, dice Daniel Scolnic della Johns Hopkins University, che ha scritto un articolo di accompagnamento dedicato alla stima degli errori nei dati. “Penso che Dan abbia fatto un lavoro eccellente per caratterizzarli in modo sistematico”, dice Alexander Conley dell'Università del Colorado a Boulder, che ha lavorato a un altro studio sulle supernove, il Supernova Legacy Survey, che ha trovato risultati simili. “Hanno ancora un sacco di lavoro da fare per migliorare la caratterizzazione per gli articoli futuri, ma lo sanno e ci stanno lavorando.”

Ma Julien Guy, dell'Università Pierre e Marie Curie di Parigi, dice il team può aver sottovalutato l'errore sistematico ignorando un'ulteriore fonte di incertezza, legata ai modelli di curvatura della luce di supernova. Ha contattato i ricercatori di Pan-STARRS, che ora stanno esaminando quel fattore. In ultima analisi, gli esperti dicono che i nuovi risultati sono allettanti, ma non dimostrano l'esistenza di una nuova fisica. " L'articolo di Pan-STARRS presenta un'analisi molto attenta e approfondita, e un risultato solido, ma non cambia qualitativamente la nostra visione dei parametri cosmologici", afferma Joshua Frieman, astrofisico del Fermilab, che non era coinvolto nella ricerca.

Tuttavia il fatto che più esperimenti cosmologici stiano producendo valori di w che divergono da -1 sta attirando l'attenzione. "E' la terza survey di supernove lontane che arriva a questa conclusione", dice Adam Riess, astronomo del STScI e membro del team di Pan- STARRS, che nel 2011 ha vinto il premio Nobel per la fisica per la scoperta dell'energia oscura. “Non possiamo cavarcela dicendo che questa o quella ricerca sono sballate. In una di queste misurazioni potrebbe esserci qualcosa di fondamentale. Oppure potrebbe darsi che l'energia oscura sia più affascinante di quanto ci aspettiamo.”

Se la costante cosmologica spiega matematicamente l'energia oscura, non spiega però perché esista. Un valore alternativo di w potrebbe indicare che l'energia oscura non è stata costante nel tempo, ma che è variata, un'idea chiamata quintessenza. Comunque sia, sono attesi a breve altri dati da Pan-STARRS e da altri studi che confermino o smentiscano l'ultimo valore di w. “Mi aspetto che nel giro di uno o due anni, sarà confermato in via definitiva, o confutato”, dice Riess.

(La versione originale di questo articolo è apparsa su scientificamerican.com il 22 ottobre: www.scientificamerican.com/article.cfm?id=dark-energy-cosmological-... . Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati)

Fonte dati: www.lescienze.it/news/2013/10/26/news/energia_oscura_c_ostante_cosmologica_dubbi-...

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