Un’istantanea dell’universo simulata dal supercomputer Pleiades della NASA. (Credito immagine: NASA/UCSC) L’energia oscura, la forza misteriosa che sta guidando l’espansione accelerata dell’universo, potrebbe non esistere realmente, dicono gli scienziati. La loro ricerca ha messo in discussione uno dei pilastri della cosmologia moderna. In un nuovo studio, pubblicato il 19 dicembre 2024 sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, i ricercatori hanno analizzato i dati del sondaggio Pantheon+ — il dataset più completo di supernovae di tipo Ia, la cui luminosità costante permette agli astronomi di misurare le distanze nell’universo con incredibile precisione. La loro analisi suggerisce che ciò che percepiamo come accelerazione potrebbe essere un’illusione causata dalla struttura su larga scala del cosmo.
Studiare l’universo con le supernovae di tipo Ia
Le supernovae di tipo Ia, le morti esplosive delle stelle nane bianche, sono da tempo uno degli strumenti più potenti della cosmologia. Questi eventi stellari si verificano quando una nana bianca accumula abbastanza materiale da una stella compagna da innescare un’esplosione termonucleare. Poiché le supernovae di tipo Ia producono una luminosità di picco costante, misurare la loro luminosità osservata dalla Terra può rivelare quanto sono lontane. “Le supernovae di tipo Ia sono estremamente preziose in astronomia poiché agiscono come candele standardizzabili con cui possiamo misurare vaste distanze nell’Universo,” ha detto Zachary Lane, ricercatore presso l’Università di Canterbury in Nuova Zelanda, in un’email a Live Science. Combinando queste informazioni sulle distanze con il redshift delle supernovae — l’allungamento della luce verso lunghezze d’onda più rosse dovuto all’espansione dell’universo — gli scienziati hanno mappato la crescita dell’universo nel tempo. Decenni fa, i ricercatori usarono questo metodo per dimostrare che l’espansione dell’universo stava accelerando, una scoperta che portò all’ipotesi dell’energia oscura — una forza misteriosa e invisibile che si pensa permei lo spazio e guidi questa accelerazione.
Dataset Pantheon+
Il dataset Pantheon+ è la raccolta più estesa e precisa di supernovae di tipo Ia mai assemblata. Spaziando su decenni di osservazioni da telescopi terrestri e spaziali, contiene dati su 1.500 supernovae attraverso lo spazio-tempo. “Al momento di questo studio, il dataset spettroscopico delle supernovae di tipo Ia Pantheon+ era la raccolta più grande e più pura di sole supernovae di tipo Ia,” ha detto Lane. La precisione e la dimensione del dataset lo rendono una miniera d’oro per testare i modelli cosmologici. I suoi dettagliati registri di luminosità e redshift offrono intuizioni senza precedenti su come l’universo si è evoluto, fornendo un terreno di prova critico per teorie alternative al modello cosmologico standard.
Sfida all’energia oscura
Sebbene l’idea dell’energia oscura spieghi gran parte dell’accelerazione osservata nell’universo, ha sempre avuto un’aura di mistero. L’energia oscura non è mai stata rilevata direttamente, né la sua origine è stata spiegata teoricamente, spingendo alcuni scienziati a esplorare altre spiegazioni. Il nuovo studio prende di mira un presupposto chiave del modello standard: che l’universo sia omogeneo e isotropo su larga scala, il che significa che appare lo stesso in ogni direzione e da ogni punto di vista. Questo presupposto sostiene la necessità dell’energia oscura per spiegare l’espansione dell’universo. Tuttavia, Lane e i suoi colleghi hanno testato un’idea alternativa chiamata modello del timescape, che suggerisce che l’apparente accelerazione potrebbe essere un sottoprodotto delle strutture cosmiche come i vuoti — vaste regioni quasi vuote di spazio tra gli ammassi di galassie. “Il modello standard della cosmologia è costruito sull’assunto che l’Universo sia uniforme e privo di caratteristiche su larga scala e che le strutture cosmiche non influenzino significativamente l’evoluzione dell’Universo,” ha detto Lane. “Il timescape abbandona questi presupposti e trova che l’apparente accelerazione dell’Universo è il risultato del feedback tra le strutture cosmiche.” A causa della loro materia e gravità sparse, i vuoti si espandono più velocemente delle parti più dense dell’universo, come gli ammassi di galassie. Secondo il modello del timescape, la dominanza di questi vuoti nel paesaggio cosmico potrebbe spiegare l’accelerazione osservata senza la necessità dell’energia oscura.
Evidenza a favore del timescape
Il team ha analizzato il dataset Pantheon+ e ha scoperto che i loro risultati si allineano sorprendentemente bene con il modello del timescape — e in alcuni casi hanno persino superato il modello cosmologico standard. “Considerando ogni supernova, comprese quelle molto vicine a noi nella Via Lattea, che potrebbero essere influenzate da strutture locali, troviamo una forte preferenza a favore del modello Timescape,” ha detto Lane. Quando le supernovae nell’universo vicino sono state escluse per tenere conto delle differenze locali, le prove sono rimaste favorevoli, riecheggiando i risultati del Dark Energy Survey (DES). Questi risultati pongono una sfida diretta alla necessità dell’energia oscura. “Trovare costantemente prove moderate o più forti per un modello cosmologico senza energia oscura utilizzando uno dei metodi osservativi storicamente più significativi è una prospettiva entusiasmante da esplorare per il futuro della cosmologia,” ha detto Lane.
La strada da percorrere
Sebbene i risultati siano convincenti, Lane ha sottolineato che sono necessarie ulteriori ricerche per consolidare il caso del timescape. “Sebbene altri fattori debbano essere considerati affinché questo sia più stabilito all’interno della comunità cosmologica, si tratta di un promettente test iniziale,” ha detto. In futuro, il team prevede di combinare il dataset Pantheon+ con i dati del Dark Energy Survey e delle oscillazioni acustiche dei barioni — modelli nella distribuzione delle galassie che possono essere utilizzati come un altro righello cosmico. Gli astronomi stanno anche conducendo simulazioni su come i vuoti si espandono nel quadro della relatività generale ed esplorando come questi effetti si applicano alla formazione e all’evoluzione delle galassie. “Il nostro gruppo di ricerca sta esplorando diverse estensioni del nostro lavoro attuale, con l’obiettivo di sfidare gli aspetti fondamentali della cosmologia,” ha detto Lane. “Un forte quadro concorrente migliorerà comunque il futuro della cosmologia e la nostra attuale comprensione delle sfide che il campo deve affrontare.”