I ricercatori hanno ipotizzato che l'universo contenga "materia oscura". Hanno anche ipotizzato l'esistenza di "energia oscura". Queste due ipotesi spiegano il movimento delle stelle nelle galassie e l'espansione accelerata dell'universo. Ma secondo un ricercatore dell'UNIGE, questi concetti potrebbero non essere più validi, come i fenomeni universali possono essere dimostrati senza di essi. Questa ricerca sfrutta un nuovo modello teorico basato sull'invarianza di scala dello spazio vuoto. Questa ricerca è riportata in Il Giornale Astrofisico .

Nel 1933, l'astronomo svizzero Fritz Zwicky ha affermato che c'è sostanzialmente più materia nell'universo di quanto possiamo effettivamente vedere. Gli astronomi chiamavano questa materia sconosciuta "materia oscura, "un concetto che assumerà ancora più importanza negli anni '70, quando l'astronoma statunitense Vera Rubin invocò questa materia enigmatica per spiegare i movimenti e la velocità delle stelle. Gli scienziati hanno successivamente dedicato notevoli risorse all'identificazione della materia oscura nello spazio, a terra e al CERN, ma senza successo. Nel 1998, un team di astrofisici australiani e statunitensi ha scoperto l'accelerazione dell'espansione dell'universo, guadagnandosi il Premio Nobel per la fisica nel 2011. Tuttavia, nonostante le enormi risorse scientifiche, nessuna teoria o osservazione è stata in grado di definire questa energia che sarebbe più forte dell'attrazione gravitazionale di Newton. In breve, la materia oscura e l'energia oscura sono misteri che hanno lasciato perplessi gli astronomi per decenni.

Un nuovo modello basato sull'invarianza di scala dello spazio vuoto

Il modo in cui i fisici rappresentano l'universo e la sua storia sono descritti dalle equazioni della relatività generale di Einstein, Gravitazione universale di Newton e meccanica quantistica. Il consenso al momento è quello di un Big Bang seguito da un'espansione. "In questo modello, c'è un'ipotesi di partenza che non è stata presa in considerazione, secondo me, "dice André Maeder, professore onorario presso il Dipartimento di Astronomia della Facoltà di Scienze dell'UNIGE. "Da tale, Intendo l'invarianza di scala dello spazio vuoto; in altre parole, lo spazio vuoto e le sue proprietà non cambiano a seguito di una dilatazione o contrazione."

Lo spazio vuoto svolge un ruolo primordiale nelle equazioni di Einstein poiché opera in una quantità nota come "costante cosmologica, " e il modello risultante dipende da questo. Sulla base di questa ipotesi, Maeder sta ora riesaminando il Modello Standard dell'universo, sottolineando che l'invarianza di scala dello spazio vuoto è presente anche nella teoria fondamentale dell'elettromagnetismo.

Quando Maeder eseguì i test cosmologici sul suo nuovo modello, scoprì che corrispondeva alle osservazioni. Ha anche scoperto che il modello prevede l'espansione accelerata dell'universo senza dover tenere conto dell'energia oscura. In breve, sembra che l'energia oscura possa effettivamente non esistere poiché l'accelerazione dell'espansione è contenuta nelle equazioni della fisica.

In una seconda fase, Maeder si concentrò sulla legge di Newton, un'istanza specifica delle equazioni della relatività generale. La legge viene anche leggermente modificata quando il modello incorpora la nuova ipotesi di Maeder. Infatti, contiene un termine di accelerazione verso l'esterno molto piccolo, che è particolarmente significativo a basse densità. Questa legge modificata, quando applicato ad ammassi di galassie, porta a masse di ammassi in linea con quella della materia visibile (contrariamente a quanto sosteneva Zwicky nel 1933). Ciò significa che non è necessaria alcuna materia oscura per spiegare le alte velocità delle galassie negli ammassi. Un secondo test ha dimostrato che questa legge prevede anche le alte velocità raggiunte dalle stelle nelle regioni esterne delle galassie (come aveva osservato Rubin), senza dover ricorrere alla materia oscura per descriverli. Finalmente, un terzo test ha esaminato la dispersione delle velocità delle stelle oscillanti attorno al piano della Via Lattea. Questa dispersione, che aumenta con l'età delle stelle rilevanti, può essere spiegato molto bene usando l'ipotesi dello spazio vuoto invariante, mentre prima non c'era accordo sull'origine di questo effetto.

La scoperta di Maeder apre la strada a una nuova concezione dell'astronomia che solleverà domande e genererà controversie. "L'annuncio di questo modello, che finalmente risolve due dei più grandi misteri dell'astronomia, rimane fedele allo spirito della scienza:nulla può mai essere dato per scontato, non in termini di esperienza, l'osservazione o il ragionamento degli esseri umani, " ha concluso André Maeder.