Un fermo immagine di un'animazione che mostra l'espansione dell'universo nella cosmologia standard "Lambda Cold Dark Matter", che include l'energia oscura (pannello in alto a sinistra, rosso), il nuovo modello Avera, che considera la struttura dell'universo ed elimina la necessità di energia oscura (pannello centrale in alto, blu), e la cosmologia di Einstein-de Sitter, il modello originale senza energia oscura (pannello in alto a destra, verde). Il pannello in basso mostra l'incremento del 'fattore di scala' (indicazione della grandezza) in funzione del tempo, dove 1Gya è 1 miliardo di anni. La crescita della struttura può essere vista anche nei pannelli superiori. Un punto rappresenta grosso modo un intero ammasso di galassie. Le unità di scala sono in Megaparsec (Mpc), dove 1 Mpc è circa 3 milioni milioni milioni di km. Credito:István Csabai et al
Enigmatica "energia oscura", pensato per costituire il 68% dell'universo, potrebbe non esistere affatto, secondo una squadra ungherese-americana. I ricercatori ritengono che i modelli standard dell'universo non tengano conto della sua struttura mutevole, ma che una volta fatto questo il bisogno di energia oscura scompare. Il team pubblica i risultati in un articolo in Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .
Il nostro universo si è formato nel Big Bang, 13,8 miliardi di anni fa, e da allora si è espansa. La prova chiave di questa espansione è la legge di Hubble, sulla base di osservazioni di galassie, che afferma che in media, la velocità con cui una galassia si allontana da noi è proporzionale alla sua distanza.
Gli astronomi misurano questa velocità di recessione osservando le linee nello spettro di una galassia, che si spostano più verso il rosso più velocemente la galassia si allontana. Dagli anni '20, mappare le velocità delle galassie ha portato gli scienziati a concludere che l'intero universo si sta espandendo, e che ha iniziato la sua vita come un punto evanescente.
Nella seconda metà del Novecento, gli astronomi hanno trovato prove della "materia oscura" invisibile osservando che era necessario qualcosa in più per spiegare il movimento delle stelle all'interno delle galassie. Oggi si pensa che la materia oscura costituisca il 27% del contenuto dell'universo (al contrario la materia "ordinaria" ammonta solo al 5%).
Osservazioni delle esplosioni di nane bianche nei sistemi binari, le cosiddette supernove di tipo Ia, negli anni '90 ha poi portato gli scienziati alla conclusione che un terzo componente, energia oscura, costituiva il 68% del cosmo, ed è responsabile di guidare un'accelerazione nell'espansione dell'universo.
Nel nuovo lavoro, i ricercatori, guidato dal dottorando Gábor Rácz dell'Università Eötvös Loránd in Ungheria, mettere in dubbio l'esistenza dell'energia oscura e suggerire una spiegazione alternativa. Sostengono che i modelli convenzionali della cosmologia (lo studio dell'origine e dell'evoluzione dell'universo), si basano su approssimazioni che ne ignorano la struttura, e dove si assume che la materia abbia una densità uniforme.
"Le equazioni della relatività generale di Einstein che descrivono l'espansione dell'universo sono così complesse matematicamente, che per cento anni non sono state trovate soluzioni che spiegassero l'effetto delle strutture cosmiche. Sappiamo da osservazioni di supernova molto precise che l'universo sta accelerando, ma allo stesso tempo ci basiamo su approssimazioni grossolane alle equazioni di Einstein che possono introdurre gravi effetti collaterali, come la necessità di energia oscura, nei modelli progettati per adattarsi ai dati osservativi." spiega il dott. László Dobos, coautore dell'articolo, anche all'Università Eötvös Loránd.
In pratica, la materia normale e quella oscura sembrano riempire l'universo con una struttura simile alla schiuma, dove le galassie si trovano sulle pareti sottili tra le bolle, e sono raggruppati in superammassi. L'interno delle bolle è invece quasi vuoto di entrambi i tipi di materia.
Utilizzando una simulazione al computer per modellare l'effetto della gravità sulla distribuzione di milioni di particelle di materia oscura, gli scienziati hanno ricostruito l'evoluzione dell'universo, compreso l'aggregazione precoce della materia, e la formazione di strutture su larga scala.
A differenza delle simulazioni convenzionali con un universo in espansione graduale, prendere in considerazione la struttura ha portato a un modello in cui diverse regioni del cosmo si espandono a velocità diverse. Il tasso di espansione medio è comunque coerente con le attuali osservazioni, che suggeriscono un'accelerazione complessiva.
Il dottor Dobos aggiunge:"La teoria della relatività generale è fondamentale per comprendere il modo in cui si evolve l'universo. Non mettiamo in dubbio la sua validità; mettiamo in dubbio la validità delle soluzioni approssimate. I nostri risultati si basano su una congettura matematica che consente l'espansione differenziale dello spazio , coerente con la relatività generale, e mostrano come la formazione di strutture complesse della materia influenzi l'espansione. Questi problemi sono stati precedentemente nascosti sotto il tappeto, ma tenerne conto può spiegare l'accelerazione senza la necessità di energia oscura".
Se questa constatazione è confermata, potrebbe avere un impatto significativo sui modelli dell'universo e sulla direzione della ricerca in fisica. Negli ultimi 20 anni, astronomi e fisici teorici hanno speculato sulla natura dell'energia oscura, ma rimane un mistero irrisolto. Con il nuovo modello, Csabai ei suoi collaboratori si aspettano quanto meno di avviare un vivace dibattito.
