Un nuovo modello suggerisce che l’energia oscura — la misteriosa forza che guida l’accelerazione dell’espansione dell’universo — sia emersa precocemente nel cosmo, potendo risolvere due dei più pressanti problemi astrofisici. Uno di questi problemi è la “tensione di Hubble”, che si riferisce a una lunga apparente disparità tra il tasso misurato di espansione dell’universo. L’altro è la strana rilevazione di galassie brillanti nell’universo primordiale, in un periodo in cui si pensava che il cosmo dovesse essere scarsamente popolato. Questo ultimo problema è emerso dopo che il Telescopio Spaziale James Webb (JWST) ha iniziato a osservare l’universo primitivo e distante. Il nuovo modello è frutto del lavoro di un team di scienziati del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e dell’Università del Texas ad Austin. Credono che la chiave per questi due enigmi sia un ingrediente extra nel “pudino” cosmico: l’energia oscura primordiale.

In linea di principio, l’energia oscura primordiale dovrebbe essere simile all’energia oscura che oggi guida l’espansione dell’universo. La differenza, però, è che, mentre l’energia oscura moderna ha iniziato a influenzare l’universo circa 4 miliardi di anni fa, l’energia oscura primordiale sarebbe apparsa brevemente nel cosmo poco dopo il Big Bang. Poi, sarebbe scomparsa completamente.

“Abbiamo questi due enigmi aperti,” ha dichiarato Rohan Naidu, membro del team e ricercatore post-dottorato al Kavli Institute for Astrophysics and Space Research del MIT, in una dichiarazione. “Riteniamo che, in effetti, l’energia oscura primordiale sia una soluzione molto elegante e rara a due dei problemi più urgenti in cosmologia.”

Affrontare la tensione di Hubble
La cosiddetta tensione di Hubble deriva dal fatto che esistono due metodi principali per misurare la “costante di Hubble,” che è il tasso di espansione dell’universo, e questi non sono concordi. Un metodo osserva oggetti nell’universo locale, come le supernove di tipo Ia, che gli astronomi definiscono “candele standard” perché la loro emissione luminosa è molto uniforme. L’altra tecnica prevede l’osservazione dell’universo lontano (e quindi primordiale), per poi calcolare quanto velocemente l’universo sta espandendosi tramite deduzione.

C’è un problema, però (c’è sempre un problema). Questi metodi producono valori diversi. L’energia oscura primordiale potrebbe risolvere questa discrepanza, secondo il team dietro la nuova ricerca. Come forza acceleratrice attivata poche migliaia di anni dopo il Big Bang, questa sostanza potrebbe aver agito contro la forza di gravità. Ciò significherebbe che una discrepanza nei valori potrebbe derivare da una mancata considerazione dell’energia oscura primordiale nel calcolo della costante di Hubble dalle osservazioni dell’universo primordiale. “L’energia oscura primordiale è un possibile aggiunta al modello cosmologico standard che preserverebbe i suoi molti successi e risolverebbe la tensione di Hubble,” ha affermato Michael Boylan-Kolchin, professore di astronomia presso l’Università del Texas ad Austin, nella dichiarazione.

Cosa dire del secondo problema, ovvero quello che ha iniziato a manifestarsi quando il JWST ha scoperto galassie primordiali quasi delle dimensioni della Via Lattea? Galassie brillanti che causano mal di testa? Prova l’energia oscura primordiale! Questo problema deriva dal fatto che ci sarebbero voluti miliardi di anni perché i gas di idrogeno e elio si condensassero e formassero stelle in volumi sufficientemente grandi da formare galassie ampie e brillanti come la Via Lattea. Eppure, nel 2023, il JWST ha individuato un numero sorprendente di galassie grandi e luminose solo 500 milioni di anni dopo il Big Bang, quando l’universo aveva solamente circa il 3% della sua età attuale di 13.8 miliardi di anni.

“Le galassie brillanti viste dal JWST sarebbero come vedere un assembramento di luci attorno a grandi città, mentre la teoria prevede qualcosa di simile alla luce attorno a contesti rurali come il Parco Nazionale di Yellowstone,” ha dichiarato Xuejian (Jacob) Shen, leader del team e postdoc al Kavli Institute del MIT, nella dichiarazione. “E non ci aspettiamo tale assembramento di luci così presto.”

Sei galassie brillanti e massicce viste nell’universo primordiale dal JWST
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Tuttavia, piuttosto che scartare tutti i nostri modelli di evoluzione galattica, il team suggerisce di aggiungere semplicemente l’energia oscura primordiale ai modelli. Creando un proprio modello di formazione delle galassie che prendesse in considerazione ciò, il team ha trovato che lo stesso ingrediente di energia oscura primordiale che sembrava alleviare la tensione di Hubble suggeriva anche la formazione di galassie grandi e brillanti nel tipo di quantità che il JWST sta osservando attualmente. Tuttavia, ciò ha richiesto ai ricercatori di modificare alcuni dei parametri cosmologici dell’universo e altri ingredienti celesti, come il volume di materia oscura nell’universo e la densità del cosmo poco dopo il Big Bang. Non è chiaro in che modo l’energia oscura primordiale possa aver portato alla formazione precoce di grandi galassie nell’universo neonatale — tuttavia, il fatto che questo modello possa risolvere due problemi cosmici con una sola soluzione significa che il team ritiene valga la pena perseguirlo.

“Il fatto che un modello possa spiegare questi due problemi non correlati lo rende intrigante e degno di essere indagato con maggiore dettaglio,” ha concluso Boylan-Kolchin. “Ottenendo più dati con il JWST e studiando la luce più antica dell’universo in maggiore dettaglio, dovremmo effettivamente sapere se l’energia oscura primordiale sia la risposta giusta entro il prossimo anno, il che è davvero emozionante.” La ricerca del team è stata pubblicata il 13 settembre sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.