Uno dei misteri irrisolti della scienza moderna è il motivo per cui l'espansione dell'universo sembra accelerare. Alcuni scienziati sostengono che sia dovuto a un'energia oscura teorica che contrasta l'attrazione della gravità, mentre altri pensano che la stessa teoria della gravità di Albert Einstein potrebbe aver bisogno di essere modificata.

Mentre gli astrofisici cercano risposte nelle montagne di dati raccolti dalle osservazioni astronomiche, stanno scoprendo che le incongruenze in quei dati potrebbero alla fine portare alla verità.

"Questo è come un giallo, dove prove o testimonianze inconsistenti potrebbero portare a risolvere il puzzle, " ha detto il dottor Mustapha Ishak-Boushaki, professore di astrofisica presso la School of Natural Sciences and Mathematics dell'Università del Texas a Dallas.

Ishak-Boushaki e il suo studente di dottorato Weikang Lin hanno sviluppato un nuovo strumento matematico che identifica e quantifica le incongruenze nei dati cosmologici raccolti da varie missioni ed esperimenti scientifici. Le loro scoperte potrebbero far luce sull'enigma dell'accelerazione cosmica e avere un impatto significativo sulla nostra comprensione dell'universo.

La loro ricerca più recente, pubblicato lo scorso ottobre sulla rivista Revisione fisica D , è stato presentato il 4 giugno a un meeting dell'American Astronomical Society a Denver.

"Le incongruenze che abbiamo trovato devono essere risolte mentre ci muoviamo verso una cosmologia più precisa e accurata, " ha detto Ishak-Boushaki. "Le implicazioni di queste discrepanze sono che alcuni dei nostri attuali set di dati hanno errori sistematici che devono essere identificati e rimossi, o che il modello cosmologico sottostante che stiamo utilizzando è incompleto o presenta problemi".

Un universo modello

Gli astrofisici usano un modello standard di cosmologia per descrivere la storia, evoluzione e struttura dell'universo. Da questo modello, possono calcolare l'età dell'universo o quanto velocemente si sta espandendo. Il modello include equazioni che descrivono il destino ultimo dell'universo:se continuerà ad espandersi, o eventualmente rallentare la sua espansione a causa della gravità e collassare su se stesso in un grande scricchiolio.

Ci sono diverse variabili, chiamate parametri cosmologici, incorporate nelle equazioni del modello. I valori numerici per i parametri sono determinati dalle osservazioni e includono fattori come la velocità con cui le galassie si allontanano l'una dall'altra e la densità della materia, energia e radiazione nell'universo.

Ma c'è un problema con quei parametri. I loro valori sono calcolati utilizzando set di dati provenienti da molti esperimenti diversi, e a volte i valori non sono d'accordo. Il risultato:errori sistematici nei set di dati o incertezza nel modello standard.

"La nostra ricerca sta esaminando il valore di questi parametri, come sono determinati da vari esperimenti, e se c'è accordo sui valori, " disse Ishak Boushaki.

Il nuovo strumento trova le incongruenze

Il team di UT Dallas ha sviluppato una nuova misura, chiamato indice di incoerenza, o IOI, che dà un valore numerico al grado di discordanza tra due o più insiemi di dati. I confronti con un IOI maggiore di 1 sono considerati incoerenti. Quelli con un IOI superiore a 5 sono classificati come fortemente incoerenti.

Per esempio, i ricercatori hanno usato il loro IOI per confrontare cinque diverse tecniche per determinare il parametro Hubble, che è correlato alla velocità con cui l'universo si sta espandendo. Una di queste tecniche, denominata misurazione locale, si basa sulla misurazione delle distanze di stelle esplosive relativamente vicine chiamate supernove. Le altre tecniche si basano sull'osservazione di fenomeni diversi a distanze molto maggiori.

"Abbiamo scoperto che esiste un accordo tra quattro su cinque di questi metodi, ma il parametro di Hubble della misurazione locale delle supernove non è d'accordo. È come un valore anomalo, " Ha detto Ishak-Boushaki. "In particolare, c'è una chiara tensione tra la misurazione locale e quella della missione scientifica di Planck, che ha caratterizzato la radiazione cosmica di fondo a microonde."

Per complicare le cose, sono stati utilizzati più metodi per determinare che la misurazione locale, e tutti hanno prodotto un valore Hubble simile, ancora in disaccordo con Planck e altri risultati.

"Perché questa misurazione locale del parametro di Hubble è in significativo disaccordo con Planck?" chiese Ishak-Boushaki.

Lui e Lin hanno anche applicato il loro strumento IOI a cinque serie di dati osservativi relativi alla struttura su larga scala dell'universo. I parametri cosmologici calcolati utilizzando quei cinque set di dati erano in forte disaccordo, sia individualmente che collettivamente, con parametri determinati dalle osservazioni di Planck.

"Questo è molto intrigante. Questo ci dice che l'universo alle più grandi scale osservabili può comportarsi in modo diverso dall'universo a scale intermedie o locali, " Ha detto Ishak-Boushaki. "Questo ci porta a chiederci se la teoria della gravità di Albert Einstein sia valida su tutto il percorso dalle scale piccole a quelle molto grandi nell'universo".

I ricercatori dell'UT Dallas hanno messo a disposizione di altri scienziati il ​​loro strumento IOI. Ishak-Boushaki ha affermato che la Dark Energy Science Collaboration, parte del progetto Large Synoptic Survey Telescope, utilizzerà lo strumento per cercare incongruenze tra i set di dati.

"Queste incongruenze stanno iniziando a manifestarsi di più ora perché le nostre osservazioni sono progredite a un livello di precisione in cui possiamo vederle, " disse Ishak-Boushaki, che ha pubblicato il suo primo articolo sulle incongruenze nel 2005. "Abbiamo bisogno dei valori giusti per questi parametri cosmologici perché ha importanti implicazioni per la nostra comprensione dell'universo".