C'è stata molta eccitazione quando gli scienziati hanno assistito alla violenta collisione di due ultra-densi, stelle massicce a più di 100 milioni di anni luce dalla Terra all'inizio di quest'anno. Non solo hanno catturato le onde gravitazionali risultanti - increspature nel tessuto dello spaziotempo - hanno anche visto un lampo di luce praticamente istantaneo. Questo è di per sé eccitante ed è stata la prima prova diretta di una fusione di stelle di neutroni.

Ma dal punto di vista di un cosmologo, il fotofinish delle onde gravitazionali e del lampo di luce ha di colpo demolito anni di ricerca su un problema del tutto estraneo:perché l'espansione dell'universo sta accelerando?

Si scopre che lo spazio e il tempo sono in realtà mutevoli, flessibile, flessibile e sinuosa, piuttosto che costante, fisso o immobile. Questo è noto da quando Einstein ha pubblicato la sua teoria della relatività generale, il che spiega come la gravità deforma lo spaziotempo. Gli effetti sottili causati da questa mutabilità devono essere tenuti in considerazione anche nel GPS che fa funzionare il tuo navigatore satellitare e iPhone.

Una previsione della teoria di Einstein era che dovrebbe essere possibile per lo spaziotempo avere onde al suo interno, come la superficie del mare. Questi sarebbero visibili se si potesse, Per esempio, schiacciare insieme due buchi neri. Questa previsione è stata vista drammaticamente nel primo rilevamento di onde gravitazionali da parte dell'esperimento LIGO nel 2015. La scoperta ha aperto un modo completamente nuovo di sondare il cosmo, ed è stato insignito del Premio Nobel per la fisica.

La nuova rilevazione di onde gravitazionali dalla fusione di stelle di neutroni ha anche profonde implicazioni per la nostra comprensione dell'universo. Tuttavia per i cosmologi era il lampo di luce 1,7 secondi dopo le onde gravitazionali l'osservazione più intrigante.

L'autovelox cosmico

Il ritardo di 1,7 secondi è importante perché significa che le onde gravitazionali e le onde luminose hanno viaggiato a quasi Esattamente la stessa velocità. In effetti, queste sono due delle velocità osservate più simili mai viste:le due differivano solo di una parte su 10 milioni di miliardi.

Per mettere questo in un contesto, se gli autovelox sulla strada potessero misurare le differenze di velocità così finemente, otterresti un biglietto per andare a 30,000000000000001mph in una zona di 30mph.

Rispetto alle migliori misurazioni che i cosmologi speravano in futuro, questo è un fattore di un milione di miliardi di volte migliore. Considerando che le onde elettromagnetiche potrebbero aver impiegato un po' di tempo per sfuggire al tumulto di una collisione con una stella di neutroni, a tutti gli effetti la differenza di velocità è zero.

La cosmologia è un po' in difficoltà. Abbiamo un ottimo modello che può spiegare l'evoluzione dell'universo da una frazione di secondo prima del big bang, fino ad ora circa 14 miliardi di anni dopo. Il problema è che per spiegare tutte le osservazioni, ai modelli va aggiunta una misteriosa energia chiamata "energia oscura". L'energia oscura è un problema enorme, rappresenta circa il 70% di tutta l'energia dell'universo, e non abbiamo assolutamente idea di cosa sia.

L'energia oscura è Come un effetto antigravitazionale che sta allontanando l'universo e causando l'accelerazione della sua espansione. Quindi, per spiegare l'energia oscura, i cosmologi hanno tentato di cambiare o sostituire la teoria di Einstein per vedere se una nuova teoria dello spaziotempo potesse finalmente spiegare gli effetti dell'energia oscura.

Un modo in cui i cosmologi hanno cercato di farlo è stato quello di cambiare la velocità con cui le onde gravitazionali e la luce viaggiavano. C'erano molte teorie diverse che avevano questo componente, ognuna con un nome particolare come galileoni quartici e quintici, teorie del vettore-tensore, teorie proca generalizzate, teorie della grande gravità e così via. Senza dati nessuna delle teorie avrebbe potuto essere corretta, e c'erano molte persone che speravano di poter essere il prossimo Einstein o Newton.

Dove siamo adesso?

Ma ora in una singola osservazione da una singola fusione di stelle di neutroni un'ampia varietà di queste è stata ora consegnata alla pattumiera cosmologica in una raffica di carte (qui, qui, qui, qui, qui e qui). Quindi nessun nuovo Einstein ancora.

In assenza di dati convincenti, è ancora possibile che possiamo aggiornare Einstein in modo da poter spiegare l'energia oscura. Ma le oscillazioni dei dati delle onde gravitazionali hanno lasciato pochissimo spazio di manovra.

Tutte le teorie sopravvissute alla potatura sono molto più semplici di quelle consentite prima; e la teoria più semplice, e il capolista, è che l'energia oscura è l'energia dello spazio vuoto, e guarda caso ha il valore che osserviamo.

Un'altra spiegazione che è sopravvissuta è che è un campo simile a Higgs. L'ormai famoso bosone di Higgs è una manifestazione di un "campo di Higgs" - il primo "campo scalare" osservato in natura. Questo è un campo che ha un valore in ogni punto dello spaziotempo, ma nessuna direzione Un'analogia sarebbe una mappa della pressione su una previsione del tempo (valori ovunque ma nessuna direzione). Una mappa del vento, d'altra parte, non è un campo scalare in quanto ha velocità e direzione generale. A parte Higgs, tutte le particelle in natura sono associate a "campi quantistici" che non sono scalari. Ma come l'Higgs, l'energia oscura potrebbe essere un'eccezione:un campo scalare onnipresente che spinge l'universo a pezzi in ogni direzione.

Per fortuna non dovremo aspettare molto prima che nuovi telescopi mettano alla prova le teorie rimanenti e un grande pezzo del puzzle cosmologico sarà completato.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.