Le immagini più chiare finora del cosmo neonato rafforzano il modello prevalente dell’universo ma approfondiscono un mistero riguardante il suo tasso di espansione. Le misurazioni di questo tasso, noto come costante di Hubble, hanno prodotto risultati contrastanti. I cosmologi speravano che i nuovi dati dal Telescopio Cosmologico Atacama in Cile, che esamina la luce più antica dell’universo, avrebbero chiarito le cose e possibilmente rivelato una fisica che diverge dal modello standard della cosmologia. Ma quei risultati, annunciati il 18 marzo in un webinar, hanno solo confermato quel modello.
“Se mi avessi chiesto di scommettere in anticipo, avrei forse puntato su qualcosa di nuovo,” dice il cosmologo Colin Hill della Columbia University, membro del team del telescopio. “Ma il modello standard sembra regnare supremo.”
Il Telescopio Cosmologico Atacama, o ACT, ha misurato le proprietà del bagliore termico del Big Bang, noto come fondo cosmico a microonde, con una sensibilità senza precedenti — particolarmente nell’orientamento delle onde elettromagnetiche di quella luce, o la sua polarizzazione.
Mentre i telescopi precedenti mappavano le fluttuazioni di temperatura nel fondo cosmico a microonde, indicando dove la materia stava iniziando a raggrupparsi e prefigurando la struttura attuale dell’universo, le mappe di polarizzazione mettono in movimento quei gruppi.
“La polarizzazione ti dice come il gas e altra materia presente nell’universo primordiale si stia effettivamente muovendo,” dice Hill. Quell’informazione permette ai cosmologi di proiettare in avanti e vedere se corrisponde alla distribuzione attuale della materia nell’universo. “Ci dà una previsione molto più solida su ciò che dovrebbe accadere nei successivi 13 miliardi di anni.”
Il satellite Planck dell’Agenzia Spaziale Europea ha anche misurato la polarizzazione, ma l’ACT, più grande, ha una risoluzione cinque volte maggiore, dice Hill.
Questa piccola porzione del fondo cosmico a microonde, creata combinando nuovi dati dall’ACT e dati precedenti dal satellite Planck, mostra minuscole variazioni di temperatura nell’universo molto primordiale (il blu è più freddo, il rosso è più caldo). Le linee nere sono utilizzate per determinare quanto di due tipi di polarizzazione c’è in qualsiasi punto del cielo.
L’universo neonato si allinea con il modello standard Lambda Cold Dark Matter, un quadro relativamente semplice dell’universo, riporta il team dell’ACT in tre articoli che appariranno su arXiv.org e in una conferenza del 19 marzo a un incontro della American Physical Society ad Anaheim, California.
Combinati con risultati precedenti, le nuove misurazioni dell’ACT, raccolte dal 2017 al 2022, confermano e affinano molte delle statistiche vitali dell’universo. Ha 13,77 miliardi di anni e comprende il 5 percento di materia ordinaria, il 25 percento di materia oscura — che esercita attrazione gravitazionale ma altrimenti non interagisce con la materia regolare — e il 70 percento di energia oscura, una forza misteriosa che spinge l’universo a espandersi a un ritmo sempre più accelerato.
Il tasso di espansione attuale è di 68,22 chilometri al secondo per ogni megaparsec (circa 3 milioni di anni luce) di spazio, riporta il team. Quel numero concorda con misurazioni precedenti del fondo cosmico a microonde, come quelle del satellite Planck. Ma non concorda con le stime basate su oggetti più vicini, come le supernove e i cuori luminosi delle galassie noti come quasar, che hanno suggerito un tasso intorno ai 73 km/s/Mpc.
La discrepanza tra i due tipi di misurazioni si è stretta per oltre cinque anni. La misurazione dell’ACT stringe ulteriormente le viti.
Cercando una soluzione, i ricercatori hanno esaminato diverse possibili deviazioni dal modello standard come nuove particelle, nuove interazioni tra materia oscura e materia regolare o se stessa, variazioni nelle costanti fondamentali o energia oscura extra nell’universo primordiale. Non è emerso nulla.
“Mi ha davvero sorpreso che non abbiamo visto nemmeno un accenno di una di queste nuove estensioni della fisica,” dice Hill. “Indica che potremmo dover tornare davvero ad alcune delle assunzioni fondamentali della nostra comprensione della cosmologia.”
Altri cosmologi potrebbero non aver avuto tanto ottimismo riguardo alla scoperta di nuova fisica, dice il fisico Daniel Scolnic della Duke University, che non è stato coinvolto nel nuovo lavoro. “Penso che la gente si aspettasse che l’ACT non vedesse nulla. Ma io avevo una speranza, quindi sono rimasto piuttosto deluso,” dice. “Ma va bene. La natura ci racconterà la storia.”
C’è ancora spazio per la speranza. Il Simons Observatory, un telescopio ancora più sensibile in Cile, ha iniziato a raccogliere dati a fine febbraio, il che potrebbe trovare deviazioni nascoste dal modello standard.
“Potrebbe essere che tra qualche anno otterremo qualche rilevamento di nuova fisica,” dice Hill. “Se non continuiamo a cercare, non ci daremo una possibilità.”
Il progresso potrebbe anche venire dal rilassamento di alcune delle assunzioni del modello standard. Gli scienziati hanno assunto, per esempio, che la densità dell’energia oscura sia rimasta costante. Ma un recente sondaggio utilizzando lo Strumento Spettroscopico dell’Energia Oscura ha suggerito che l’energia oscura cambia nel tempo.
“Se confermano ciò con alta significatività, allora dovremmo davvero rivedere molte delle nostre indagini,” dice Hill. “Potrebbe aprire strade nell’universo primordiale che precedentemente i dati non avrebbero permesso.”