Quando Albert Einstein presentò la sua teoria della relatività generale nel 1915, cambiò radicalmente la nostra visione dell’Universo. Il suo modello gravitazionale dimostrava come la gravità newtoniana, che aveva dominato l’astronomia e la fisica per oltre tre secoli, fosse semplicemente un’approssimazione di un modello più sottile ed elegante. Einstein ci rivelò che la gravità non è solo una forza, ma costituisce la base della struttura cosmica. Secondo Einstein, la gravità definisce la struttura stessa dello spazio e del tempo.
Nel corso del secolo passato, tuttavia, abbiamo appreso molto di più sul cosmo di quanto Einstein stesso potesse immaginare. Alcune delle nostre osservazioni, come il fenomeno della lente gravitazionale, confermano chiaramente la relatività generale, ma altre sembrano mettere in discussione il modello. Il movimento di rotazione delle galassie non corrisponde alle previsioni della sola gravità, spingendo gli astronomi a introdurre il concetto di materia oscura. Inoltre, l’espansione dell’Universo non è costante ma sta accelerando, suggerendo la presenza di energia oscura. Per alcuni astronomi, ciò indica la necessità di un nuovo modello. Qualcosa che possa spiegare i movimenti delle stelle e delle galassie senza fare ricorso a quegli strani materiali che rimangono non rilevati in laboratorio. Le alternative più popolari si concentrano su teorie di gravità modificata.
Il modello standard della cosmologia è conosciuto come il modello LCDM. La L, per lambda, è il simbolo usato nella relatività generale per rappresentare il tasso di espansione cosmica e rappresenta l’energia oscura, mentre CDM sta per materia oscura fredda. Questo modello descrive un Universo in espansione che ebbe inizio come uno stato caldo e denso circa 13,78 miliardi di anni fa. Esso è composto all’incirca per il 5% da materia normale, per il 25% da materia oscura e per il 70% da energia oscura. Attualmente, è il modello miglior supportato dalle evidenze osservative. I modelli di gravità modificata devono affrontare una grande sfida. Per sovvertire il modello LCDM, devono spiegare tutto ciò che esso prevede e anche eliminare la necessità di materia oscura e di energia oscura.
Le osservazioni confermano la validità della relatività generale e del modello cosmologico standard. Credito: La Collaborazione DESI.
Quest’anno, quella sfida si è fatta molto più impegnativa. In una serie di pubblicazioni rilasciate dalla collaborazione dell’Instrumento Spettroscopico per l’Energia Oscura (DESI), è stato confermato che il modello cosmologico standard è in pieno accordo con il modello di Einstein. Il sondaggio DESI ha mappato quasi sei milioni di galassie lungo 11 miliardi di anni di tempo cosmico, permettendo agli astronomi di osservare non solo come le galassie si aggregano, ma anche come queste aggregazioni cambiano nel tempo. È la mappa 3D più grande dell’Universo realizzata finora.
Il modello LCDM fa previsioni molto rigorose sulla struttura cosmica. Se l’energia oscura fosse una sorta di forza repulsiva anziché una proprietà intrinseca dello spaziotempo, l’evoluzione delle aggregazioni sarebbe stata diversa da quella osservata. Se la materia oscura fosse un’illusione di forze gravitazionali modificate, la scala dell’aggregazione galattica sarebbe diversa. L’ultimo sondaggio mostra esplicitamente che i modelli di gravità modificata non reggono. I risultati limitano fortemente i modelli di gravità modificata possibili e escludono molti dei modelli attualmente proposti. In base a questi nuovi risultati, il modello cosmologico standard della gravità einsteiniana, della materia oscura e dell’energia oscura è il migliore che si adatta all’Universo osservato.
Esistono ancora misteri che devono essere risolti, in particolare il problema della tensione di Hubble. Forse un nuovo modello di gravità modificata risolverà questo mistero e rovescerà finalmente Einstein, ma per ora, il genio dai capelli scompigliati rimane il re della collina.
Riferimenti: Adame, A. G., et al. “DESI 2024 II: Definizioni del Campione, Caratteristiche e Statistiche di Clustering a Due Punti.” preprint arXiv:2411.12020 (2024).
Riferimenti: Adame, A. G., et al. “DESI 2024 V: Clustering Galattico a Forma Completa da Galassie e Quasar.” preprint arXiv:2411.12021 (2024).
Riferimenti: Adame, A. G., et al. “DESI 2024 VII: Vincoli Cosmologici dalla Modellizzazione a Forma Completa delle Misurazioni di Clustering.” preprint arXiv:2411.12022 (2024).