La teoria della relatività generale ha recentemente superato uno dei test più rigorosi mai condotti, grazie alle osservazioni effettuate negli ultimi 11 miliardi di anni di evoluzione cosmica, raccolte dallo Strumento Spettroscopico per l’Energia Oscura (DESI). La teoria formulata da Albert Einstein nel 1915 continua a rappresentare la miglior descrizione della gravità conosciuta dall’umanità negli ultimi cento anni. I cosmologi hanno utilizzato la relatività generale per modellare l’evoluzione del cosmo, dalle sue origini fino allo stato attuale, dimostrando come la gravità abbia unito piccoli ammassi di materia per formare enormi galassie e i loro rispettivi ammassi. Tuttavia, sebbene la relatività generale abbia superato ogni test condotto su scale relativamente piccole, sono pochi i test che l’hanno esaminata su scale molto più ampie. Gli scienziati hanno effettuato uno di questi test su larga scala con DESI, osservando quasi 6 milioni di galassie e quasar, che sono i nuclei luminosi delle galassie alimentati da buchi neri supermassivi. Questo test, che ha seguito l’evoluzione dell’universo da quando aveva circa 3 miliardi di anni, ha nuovamente confermato che la relatività generale fornisce la “ricetta” corretta per comprendere la gravità. “La relatività generale è stata testata con grande precisione a livello dei sistemi solari, ma era fondamentale verificarne l’efficacia anche su scale più ampie,” ha affermato una delle ricercatrici principali. “Studiare il tasso di formazione delle galassie ci consente di mettere alla prova direttamente le nostre teorie, e per ora siamo in linea con quanto previsto dalla relatività generale su scala cosmologica.” Dotato di una tecnologia avanzata, il DESI è installato sul telescopio Nicholas U. Mayall da 4 metri presso l’Osservatorio Nazionale Kitt Peak e attualmente è nel quarto anno del suo progetto di indagine del cielo, che alla fine osserverà circa 40 milioni di galassie e quasar. I dati delle indagini potrebbero rivelarsi essenziali per comprendere l’energia oscura e la materia oscura, misteriose sostanze che superano di gran lunga la materia “ordinaria” che compone stelle, pianeti, lune e tutto ciò che osserviamo quotidianamente, rimanendo però praticamente invisibili. Queste forme di materia e energia, colletivamente denominate “universo oscuro,” suggeriscono che solo il 5% di ciò che comprendiamo nel cosmo rappresenta il contenuto totale dell’universo. Un diagramma mostra le stime delle contribuzioni al bilancio energia-materia dell’universo, evidenziando il predominio dell’energia oscura. (Crediti immagine: ESA) “La materia oscura rappresenta circa un quarto dell’universo, mentre l’energia oscura ne costituisce un altro 70%, ma non sappiamo precisamente cosa siano,” ha detto un membro del team. “Il fatto che possiamo fotografare l’universo e affrontare queste domande fondamentali è straordinario.” Ultime novità dallo spazio, aggiornamenti sui lanci di razzi, eventi di osservazione del cielo e molto altro!

Pesare i fantasmi cosmici

La relatività generale può essere la migliore descrizione della gravità conosciuta finora, ma non è in grado di spiegare ogni singolo elemento dell’universo che osserviamo attualmente, in particolare l’espansione accelerata dello spazio e l’effetto gravitazionale della materia oscura. Questa accelerazione è attualmente attribuita a una forza “segnaposto” chiamata energia oscura, la quale non può essere descritta dai modelli cosmologici basati sulla relatività generale. Questa incapacità di considerare l’energia oscura ha portato alcuni scienziati a proporre alternative alla relatività generale, basate su modifiche alla teoria della gravità di Isaac Newton, superata dalla teoria di Einstein. Queste teorie sono generalmente denominate “teorie della gravità modificate” e spiegano le osservazioni dell’universo senza dover introdurre incognite, come l’energia oscura. Oltre a convalidare il modello principale dell’universo basato sulla relatività generale, conosciuto come modello Lambda Cold Dark Matter (LCDM), i risultati di DESI hanno anche contribuito ad escludere alcune teorie di gravità modificata. Un diagramma che illustra la storia dell’universo e la sua evoluzione dal Big Bang. (Crediti immagine: NASA/WMAP Science Team/Art by Dana Berry) In aggiunta, gli stessi risultati provenienti da DESI hanno aiutato a stabilire un limite superiore alla massa delle cosiddette “particelle fantasma”, i neutrini. Queste particelle sono denominate phantoms dello zoo delle particelle a causa della loro assenza di carica elettrica e della loro massa praticamente nulla. Mentre leggete questa frase, trilioni di questi particelle sono passate attraverso il vostro corpo quasi alla velocità della luce, rimanendo non rilevate. I neutrini sono le uniche particelle fondamentali di cui non conosciamo con precisione le masse. Sebbene esperimenti precedenti abbiano definito la massa minima dei neutrini, i risultati di DESI stabiliscono un limite superiore, fornendo ai ricercatori un intervallo di massa più ben definito nel quale si devono collocare i neutrini. Questa immagine generata al computer rivela lo scheletro dell’universo: l’organizzazione della materia su scale molto grandi. (Crediti immagine: The Virgo Consortium) I nuovi risultati provengono da un’analisi estesa del primo anno di dati di DESI, pubblicati nel aprile 2024. Questi dati hanno formato la mappa 3D dell’universo più grande mai creata fino ad oggi. Risultati già notevoli, poiché sembrano mostrare che la forza dell’energia oscura sta cambiando nel tempo. I risultati di aprile di DESI si sono concentrati su un fattore di clustering delle galassie chiamato oscillazioni acustiche dei barioni (BAO), oscillazioni nella densità della materia che consentono la formazione di strutture su larga scala. Questa nuova analisi ha incluso ciò che i ricercatori definiscono “analisi della forma completa,” che ha ulteriormente esaminato come le galassie e la materia siano distribuite su scale diverse in tutto lo spazio. Ulteriori risultati sugli anni secondo e terzo delle operazioni di DESI sono attesi per la primavera del 2025. “I risultati sulle BAO e l’analisi della forma completa sono straordinari,” ha affermato il ricercatore principale da una università importante. “È la prima volta che DESI ha studiato la crescita della struttura cosmica. Stiamo mostrando una nuova straordinaria capacità di indagare la gravità modificata e migliorare i vincoli sui modelli di energia oscura. E questo è solo l’inizio.” I risultati di DESI sono descritti in diversi articoli pubblicati sul sito di archivio di ricerca arXiv martedì (19 novembre).