Gli scienziati sperano di comprendere uno dei misteri più duraturi della cosmologia simulando il suo effetto sull'ammasso di galassie.

Quel mistero è l'energia oscura, il fenomeno che gli scienziati ipotizzano stia causando l'espansione dell'universo a un ritmo sempre più veloce. Nessuno sa niente dell'energia oscura, tranne che potrebbe essere, in qualche modo, facendo saltare praticamente tutto.

Nel frattempo, l'energia oscura ha un cugino altrettanto losco:la materia oscura. Questa sostanza invisibile sembra essersi raggruppata attorno alle galassie, e impedendo loro di girare a pezzi, prestando loro un'ulteriore attrazione gravitazionale.

Un tale effetto di raggruppamento è in competizione con l'espansione accelerata dell'energia oscura. Tuttavia, studiare la natura precisa di questa competizione potrebbe far luce sull'energia oscura.

"Molti modelli di energia oscura sono già esclusi con i dati attuali, " ha detto il dottor Alexander Mead, un cosmologo presso l'Università della British Columbia a Vancouver, Canada, che sta lavorando a un progetto chiamato Halo modeling. "Speriamo che in futuro si possa escludere di più".

Lente gravitazionale

Attualmente, l'unico modo per osservare la materia oscura è cercare gli effetti della sua attrazione gravitazionale su altra materia e luce. L'intenso campo gravitazionale che produce può causare la distorsione e la flessione della luce su grandi distanze, un effetto noto come lente gravitazionale.

Mappando la materia oscura in parti lontane del cosmo, gli scienziati possono capire quanti cluster di materia oscura ci sono e in linea di principio come tale clustering viene influenzato dall'energia oscura.

Il legame tra lente gravitazionale e clustering di materia oscura non è semplice, però. Per interpretare i dati dei telescopi, gli scienziati devono fare riferimento a modelli cosmologici dettagliati – rappresentazioni matematiche di sistemi complessi.

Il Dr. Mead sta sviluppando un modello di clustering che spera avrà una precisione sufficiente per distinguere tra diverse ipotesi di energia oscura.

"Un'analogia che mi piace molto è con la turbolenza. Nel flusso di fluidi turbolenti puoi parlare di correnti e vortici, che sono belle parole, ma la realtà di come il fluido in un tubo passa da un flusso calmo a un flusso turbolento è estremamente complicata."

Quinta forza

Una delle teorie più esotiche è che l'energia oscura sia il risultato di una quinta forza finora non rilevata, oltre alle quattro forze conosciute della natura:gravità, elettromagnetismo, e le forze nucleari forti e deboli all'interno degli atomi.

Un'ipotesi più comune per l'energia oscura, però, è nota come costante cosmologica, che fu proposto da Albert Einstein come parte della sua teoria della relatività generale. Si crede spesso che descriva un mare onnipervadente di particelle virtuali che entrano ed escono continuamente dall'esistenza in tutto l'universo.

Un modo per escludere l'ipotesi della costante cosmologica, Certo, è dimostrare che l'energia oscura non è affatto costante. Questo è l'obiettivo del Dr. Pier Stefano Corasaniti dell'Osservatorio di Parigi in Francia, che – in un progetto chiamato EDECS – si sta avvicinando al clustering della materia oscura da una direzione diversa.

Invece di tentare di modellare il clustering dai dati di lenti gravitazionali, sta iniziando specificamente con un dinamico - cioè, non costante – ipotesi di energia oscura, e cercando di prevedere come la materia oscura si accumulerebbe se questo fosse il caso.

Superare i limiti

Ci sono, in linea di principio, infiniti modi in cui l'energia oscura può variare nello spazio e nel tempo, sebbene molte teorie siano già state escluse dalle osservazioni esistenti. Il Dr. Corasaniti sta concentrando le sue simulazioni su tipi di energia oscura dinamica che spingono ai margini di questi limiti osservativi, aprendo la strada a test con esperimenti futuri.

Le simulazioni, che ripercorrono l'evoluzione di numerosi, Particelle di materia oscura "N-corpi", richiedono supercomputer in funzione per lunghi periodi di tempo, elaborare diversi petabyte (un miliardo di milioni di byte) di dati.

"Abbiamo eseguito tra le più grandi simulazioni cosmologiche di N-corpi mai realizzate, " ha detto il dottor Corasaniti.

Le simulazioni del Dr. Corasaniti prevedono che il modo in cui l'energia oscura si evolve nel tempo dovrebbe influenzare l'aggregazione della materia oscura. Questo, a sua volta, altera l'efficienza con cui si formano le galassie in modi che non avverrebbero con l'energia oscura costante.

Le previsioni che i suoi modelli stanno facendo potrebbero essere testate con l'aiuto di prossimi telescopi come il Large Synoptic Survey Telescope in Cile e lo Square Kilometer Array in Australia e Sud Africa, così come da missioni satellitari come Euclid (EUropean Cooperation for Lighttning Detection) e WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope).

"Se l'energia oscura risulta essere un fenomeno dinamico, ciò avrà una profonda implicazione non solo sulla cosmologia, ma sulla nostra comprensione della fisica fondamentale, " ha detto il dottor Corasaniti.