Un nuovo telescopio spaziale progettato per scrutare alcune delle regioni più lontane dell'universo potrebbe finalmente rispondere a una delle domande più enigmatiche che circondano la teoria della relatività generale di Albert Einstein.

La missione Euclide, che dovrebbe essere lanciato dall'Agenzia spaziale europea nel 2021, catturerà immagini di miliardi di galassie lontane per fornire nuove intuizioni su come funziona la gravità nelle profondità dello spazio.

La famosa teoria di Einstein, che pubblicò nel 1915, è ampiamente considerato il modo migliore per spiegare la gravità. Dice essenzialmente che gli oggetti massicci fanno curvare il tessuto dello spazio e del tempo, che fa cadere altri oggetti verso di loro.

Ma mentre la relatività generale sembra essere coerente con il modo in cui gli scienziati osservano il comportamento della gravità nel nostro sistema solare e nella nostra galassia, comincia a sembrare meno convincente su scale più grandi.

Le osservazioni di supernove lontane suggeriscono che il nostro universo sta accelerando mentre si espande, anche se alcuni scienziati lo contestano. Perché l'espansione accelerata avvenga sotto la relatività generale richiede che l'universo sia permeato da un misterioso, e finora sconosciuto, 'energia oscura' necessaria per guidare il processo.

Mentre molti fisici sono convinti dell'esistenza dell'energia oscura, altri cercano spiegazioni alternative.

"La relatività generale è un'ottima teoria per descrivere la gravità, ' ha detto il professor Kazuya Koyama, un cosmologo presso l'Università di Portsmouth nel Regno Unito. 'Ma quando lo applichiamo su un grande, scala cosmologica, vediamo alcune cose molto strane che abbiamo bisogno di energia oscura per spiegare. Il problema è che non abbiamo idea di cosa sia l'energia oscura.

"Se la relatività generale viene modificata, potremmo non aver bisogno di energia oscura per spiegare cosa sta succedendo.'

Il prof. Koyama guida un progetto chiamato CosTesGrav, che utilizza osservazioni di galassie lontane per aiutare a sviluppare nuove teorie che modificano la relatività generale in modo che funzioni su larga scala. I dati raccolti da Euclid al momento del lancio saranno fondamentali per aiutarli a farlo.

20 sestilioni di miglia

I ricercatori di CostesGrav stanno utilizzando osservazioni di galassie che si trovano a una distanza massima di 3,3 miliardi di anni luce (20 sestilioni di miglia) per cercare minuscole distorsioni nella loro forma causate dalla gravità.

La teoria della relatività generale afferma che la luce è piegata dalla gravità, il che significa che può lasciare una firma distintiva nella luce emessa da oggetti astronomici distanti come le galassie.

Il team di CostesGrav ha già utilizzato le immagini del telescopio spaziale Hubble per cercare alcune di queste distorsioni e ha scoperto che la traccia lasciata dalla gravità è coerente con la relatività generale.

Ma il prof. Koyama ritiene che sondaggi su larga scala come quelli condotti da Euclid potrebbero consentire loro di rilevare distorsioni che indicano che potrebbe esserci qualcos'altro all'opera.

"Dobbiamo spiegare il successo della relatività generale su piccole scale ma allo stesso tempo modificarla su scale molto grandi, ' ha detto il prof. Koyama. 'È una sfida. Abbiamo due approcci:uno è elaborare modelli teorici e utilizzare simulazioni all'avanguardia per testarli.

"L'altro è usare le osservazioni e cercare le firme di una deviazione dalla relatività generale."

Dice che la combinazione di questi approcci consentirà ai ricercatori di sfruttare le mappe altamente accurate di Euclide della distribuzione delle galassie e di testare la relatività generale su scala cosmologica.

Il loro lavoro non solo ha potuto risolvere uno dei più grandi enigmi in sospeso sull'universo, ma potrebbe anche riscrivere radicalmente la nostra comprensione del nostro posto al suo interno.

Dimensioni extra

Una delle principali teorie alternative all'energia oscura suggerisce che lo spazio-tempo potrebbe avere dimensioni extra che possono essere rilevate solo su scala cosmologica.

"Questo è eccitante perché potremmo trovare qualcosa di molto diverso dalla solita nozione di spazio-tempo su scale molto grandi, ' ha detto il prof. Koyama. "Ma al momento la nostra attuale comprensione della relatività generale è al sicuro."

Una modifica alla relatività generale, però, potrebbe avere importanti implicazioni qui sulla Terra. La maggior parte di noi usa la teoria ogni giorno quando seguiamo le indicazioni sui nostri telefoni cellulari o sui sistemi di navigazione per auto.

"La precisione del GPS (il sistema di posizionamento globale) è sorprendente, ma ciò è possibile solo grazie alle regolazioni che utilizzano la relatività generale, ' ha spiegato il professor Koyama. "Non sappiamo quanto saranno importanti le scoperte che faremo in futuro per il futuro sviluppo tecnologico."

I dati raccolti da Euclid si riveleranno anche vitali per gli scienziati che lavorano su un altro progetto che sta cercando non solo di testare la teoria della relatività generale, ma ha anche fatto luce su alcune delle condizioni iniziali che hanno portato all'attuale struttura dell'universo.

Il progetto GrInflaGal utilizza osservazioni di enormi ammassi di galassie - vasti, strutture dense legate insieme dalla gravità nello spazio formato da milioni di galassie - per esaminare la distribuzione della materia nell'universo e gli effetti della gravità.

"Vogliamo modellare l'ammasso di galassie su larga scala, ma per farlo dobbiamo sapere come si comportano queste galassie, ' ha detto il dottor Fabian Schmidt, un cosmologo al Max Planck Institute for Astrophysics a Garching, Germania, chi guida il progetto GrInflaGal.

Misurando il comportamento di altri oggetti attorno agli ammassi di galassie, ad esempio osservando le differenze di velocità rispetto alla loro massa, i ricercatori ritengono di poter misurare la gravità di queste enormi strutture e quindi verificare se aderiscono alla relatività generale.

ciuffo

Questo potrebbe quindi essere usato per aiutare a svelare come l'universo è passato dall'essere un caldo, ammasso uniforme di materia densa a quello in cui le galassie sono sparse in ammassi visti oggi.

"L'obiettivo è avere un modo quasi ottimale di testare la gravità dai prossimi sondaggi come Euclid, ' ha detto il dottor Schmidt. "Non abbiamo idea di come sia avvenuta l'inflazione nell'universo primordiale, ma sondaggi come Euclid potrebbero migliorare i vincoli che stiamo usando.

"La gravità è una parte così fondamentale della nostra comprensione fisica dell'universo, e la cosmologia ci sta dando la possibilità di sondarlo su una scala molto più ampia che mai.'