L'accelerazione osservata del tasso di espansione di Hubble è stata attribuita a una misteriosa "energia oscura" che presumibilmente costituisce circa il 70% dell'universo. Professor Subir Sarkar del Rudolf Peierls Center for Theoretical Physics, Oxford insieme ai collaboratori dell'Institut d'Astrophysique, Parigi e l'Istituto Niels Bohr, Copenhagen ha utilizzato le osservazioni di 740 supernovae di tipo Ia per dimostrare che questa accelerazione è un effetto relativamente locale:è diretta lungo la direzione in cui sembra che ci stiamo muovendo rispetto al fondo cosmico a microonde (che mostra un'anasotropia dipolo simile). Mentre la ragione fisica di questa accelerazione è sconosciuta, non può essere attribuito all'energia oscura che avrebbe causato uguale accelerazione in tutte le direzioni.

Il professor Sarkar spiega:"Il modello cosmologico standard si basa sul presupposto che l'Universo sia isotropo attorno a tutti gli osservatori. Questo principio cosmologico è un'estensione del principio copernicano, vale a dire che non siamo osservatori privilegiati. Offre una vasta semplificazione nella costruzione matematica del modello cosmologico utilizzando la teoria della relatività generale di Einstein.Tuttavia, quando i dati osservativi vengono interpretati all'interno di questo quadro, siamo portati alla sorprendente conclusione che circa il 70% dell'universo è costituito dalla Costante Cosmologica di Einstein o più generalmente da "energia oscura". stato interpretato come dovuto a fluttuazioni quantistiche di punto zero del vuoto ma la scala di energia associata è impostata da H0, l'attuale tasso di espansione dell'universo. Questo è comunque un fattore di 10 ⁴⁴ al di sotto della scala energetica del modello standard della fisica delle particelle, la consolidata teoria quantistica dei campi che descrive con precisione tutti i fenomeni subatomici. Le sue fluttuazioni di punto zero hanno quindi un'enorme densità di energia che avrebbe impedito all'universo di raggiungere la sua età e dimensione attuali se effettivamente influenzassero il tasso di espansione per gravità. A questa costante cosmologica si deve aggiungere il "perché adesso?" problema, vale a dire perché l'energia oscura è arrivata a dominare l'universo solo di recente? In passato era trascurabile, in particolare ad un'età di ~400 anni, 000 anni quando il plasma primordiale si è raffreddato a sufficienza per formare atomi e la radiazione cosmica di fondo (CMB) è stata rilasciata (quindi la CMB non è direttamente sensibile all'energia oscura)."

È in questo contesto che egli, insieme a Jacques Colin e Roya Mohayaee (Institut d'Astrophysique, Parigi) e Mohamed Rameez (Istituto Niels Bohr, Copenaghen), deciso di esaminare se l'energia oscura esiste davvero. La prova principale, premiata con il premio Nobel 2011 per la fisica, riguarda la "scoperta dell'espansione accelerata dell'universo attraverso le osservazioni di supernove lontane" nel 1998 da due squadre di astronomi. Questo si basava sulle osservazioni di circa 60 supernovae di tipo Ia, ma intanto, il campione era cresciuto, e nel 2014, i dati sono stati resi disponibili per 740 oggetti sparsi nel cielo (catalogo Joint Lightcurve Analysis).

I ricercatori hanno cercato di vedere se l'accelerazione dedotta del tasso di espansione di Hubble fosse uniforme nel cielo.

"Primo, abbiamo calcolato gli spostamenti verso il rosso della supernova e le magnitudini apparenti misurate (nel sistema eliocentrico), annullando le correzioni che erano state fatte nel catalogo JLA per le velocità locali 'particolari' (non Hubble). Questo era stato fatto per determinare i loro valori nel frame CMB in cui l'universo dovrebbe apparire isotropo, tuttavia, il lavoro precedente del nostro team aveva mostrato che tali correzioni sono sospette perché le velocità peculiari non diminuiscono con l'aumentare della distanza, quindi non c'è convergenza con il telaio CMB nemmeno fino a un miliardo di anni luce, "dice il professor Sarkar.

Energia oscura

"Quando poi abbiamo impiegato la statistica dello stimatore di massima verosimiglianza standard per estrarre i valori dei parametri, abbiamo fatto una scoperta sorprendente. I dati della supernova indicano, con una significatività statistica di 3,9σ, un'anisotropia di dipolo nell'accelerazione dedotta (vedi figura) nella stessa direzione in cui ci stiamo muovendo localmente, che è indicato da un simile, ben noto, dipolo nella CMB. Al contrario, qualsiasi accelerazione isotropa (monopolare) che può essere attribuita all'energia oscura è 50 volte più piccola e coerente con l'essere zero a 1.4σ. Per il criterio dell'informazione bayesiana, il miglior adattamento ai dati ha, infatti, nessun componente isotropo. Abbiamo dimostrato che consentire l'evoluzione con redshift dei parametri utilizzati per adattarsi alle curve di luce della supernova non cambia la conclusione, confutando così le precedenti critiche al nostro metodo.

"La nostra analisi è basata sui dati, ma supporta la proposta teorica di Christos Tsagas (Università di Salonicco) che l'accelerazione può essere dedotta quando non siamo osservatori copernicani, come di solito si pensa, ma sono incorporati in un flusso di massa locale condiviso da galassie vicine, come è, infatti, osservato. Questo è inaspettato nel modello cosmologico standard, e la ragione di tale flusso rimane inspiegabile. Ma indipendentemente da ciò, sembra che l'accelerazione sia un artefatto del nostro flusso locale, quindi l'energia oscura non può essere invocata come sua causa.

"Ci sono, infatti, altre sonde della nostra storia di espansione, per esempio. l'impronta delle oscillazioni acustiche bariniche (BAO) nella distribuzione delle galassie, le età delle stelle più antiche, il tasso di crescita della struttura, eccetera., ma tali dati sono ancora troppo scarsi, e attualmente altrettanto ben coerente con un universo non in accelerazione. Le fluttuazioni di temperatura misurate con precisione nel CMB non sono direttamente sensibili all'energia oscura, sebbene la sua presenza sia solitamente dedotta dalla regola della somma che mentre il CMB misura la curvatura spaziale dell'universo da essere vicino allo zero, il suo contenuto di materia non raggiunge la densità critica per renderlo tale. Questo è, però, vero solo sotto i presupposti di esatta omogeneità e isotropia, che ora sono in questione."

Il professor Sarkar conclude:"Ma presto saranno fatti progressi. Il Large Synoptic Survey Telescope misurerà molte più supernovae e confermerà o escluderà un dipolo nel parametro di decelerazione. Lo strumento spettroscopico dell'energia oscura e il satellite Euclid misureranno con precisione BAO e lensing. Il L'European Extremely Large Telescope misurerà la "deriva del redshift" di sorgenti lontane per un periodo di tempo, e quindi effettuare una misurazione diretta della storia di espansione dell'universo."