Gli astronomi hanno ipotizzato per decenni che l'Universo si sta espandendo alla stessa velocità in tutte le direzioni. Un nuovo studio basato sui dati dell'XMM-Newton dell'ESA, Chandra della NASA e gli osservatori a raggi X ROSAT a guida tedesca suggeriscono che questa premessa chiave della cosmologia potrebbe essere sbagliata.

Costantino Migkas, un dottorato di ricerca ricercatore in astronomia e astrofisica presso l'Università di Bonn, Germania, e il suo supervisore Thomas Reiprich inizialmente si proponevano di verificare un nuovo metodo che consentisse agli astronomi di testare la cosiddetta ipotesi dell'isotropia. Secondo questa ipotesi, l'Universo ha, nonostante alcune differenze locali, le stesse proprietà in ogni direzione su larga scala.

Ampiamente accettato come conseguenza della fisica fondamentale ben consolidata, l'ipotesi è stata supportata da osservazioni del fondo cosmico a microonde (CMB). Un residuo diretto del Big Bang, il CMB riflette lo stato dell'Universo com'era nella sua infanzia, a soli 380 000 anni. La distribuzione uniforme del CMB nel cielo suggerisce che in quei primi giorni l'Universo doveva espandersi rapidamente e alla stessa velocità in tutte le direzioni.

Nell'Universo di oggi, però, questo potrebbe non essere più vero.

"Insieme ai colleghi dell'Università di Bonn e dell'Università di Harvard, abbiamo osservato il comportamento di oltre 800 ammassi di galassie nell'Universo attuale, " dice Konstantinos. "Se l'ipotesi dell'isotropia era corretta, le proprietà degli ammassi sarebbero uniformi in tutto il cielo. Ma in realtà abbiamo visto differenze significative".

Gli astronomi hanno utilizzato misurazioni della temperatura a raggi X del gas estremamente caldo che pervade gli ammassi e hanno confrontato i dati con la luminosità degli ammassi nel cielo. I grappoli della stessa temperatura e situati a una distanza simile dovrebbero apparire altrettanto luminosi. Ma non è quello che hanno osservato gli astronomi.

"Abbiamo visto che i cluster con le stesse proprietà, con temperature simili, sembrava essere meno luminoso di quanto ci aspetteremmo in una direzione del cielo, e più luminoso del previsto in un'altra direzione, " dice Thomas. "La differenza era abbastanza significativa, circa il 30 per cento. Queste differenze non sono casuali, ma hanno uno schema chiaro a seconda della direzione in cui abbiamo osservato nel cielo".

Prima di sfidare il modello cosmologico ampiamente accettato, che fornisce la base per la stima delle distanze dei cluster, Konstantinos e colleghi hanno prima esaminato altre possibili spiegazioni. Forse, potrebbero esserci gas non rilevati o nuvole di polvere che oscurano la vista e fanno apparire più fiochi gli ammassi in una certa area. I dati, però, non supportano questo scenario.

In alcune regioni dello spazio la distribuzione dei cluster potrebbe essere influenzata da flussi bulk, movimenti di materia su larga scala causati dall'attrazione gravitazionale di strutture estremamente massicce come i grandi gruppi di ammassi. Questa ipotesi, però, sembra anche improbabile. Konstantinos aggiunge che i risultati hanno colto di sorpresa la squadra.

"Se l'Universo è veramente anisotropo, anche se solo negli ultimi miliardi di anni, ciò significherebbe un enorme cambiamento di paradigma perché la direzione di ogni oggetto dovrebbe essere presa in considerazione quando analizziamo le loro proprietà, "dice. "Per esempio, oggi, stimiamo la distanza di oggetti molto distanti nell'Universo applicando un insieme di parametri ed equazioni cosmologiche. Crediamo che questi parametri siano gli stessi ovunque. Ma se le nostre conclusioni sono giuste, non sarebbe così e dovremmo rivedere tutte le nostre conclusioni precedenti".

"Questo è un risultato estremamente affascinante, " commenta Norbert Schartel, Scienziato del progetto XMM-Newton all'ESA. "Studi precedenti hanno suggerito che l'Universo attuale potrebbe non espandersi uniformemente in tutte le direzioni, ma questo risultato - la prima volta che un simile test è stato eseguito con ammassi di galassie nei raggi X - ha un significato molto più grande, e rivela anche un grande potenziale per future indagini".

Gli scienziati ipotizzano che questo possibile effetto irregolare sull'espansione cosmica potrebbe essere causato dall'energia oscura, la misteriosa componente del cosmo che rappresenta la maggioranza - circa il 69% - della sua energia complessiva. Oggi si sa molto poco dell'energia oscura, tranne che sembra aver accelerato l'espansione dell'Universo negli ultimi miliardi di anni.

Il prossimo telescopio dell'ESA Euclid, progettato per fotografare miliardi di galassie e scrutare l'espansione del cosmo, la sua accelerazione e la natura dell'energia oscura, potrebbe aiutare a risolvere questo mistero in futuro.

"I risultati sono davvero interessanti, ma il campione incluso nello studio è ancora relativamente piccolo per trarre conclusioni così profonde, "dice René Laureijs, Scienziato del progetto Euclid all'ESA. "Questo è il meglio che si potrebbe fare con i dati disponibili, ma se dovessimo davvero ripensare il modello cosmologico ampiamente accettato, avremmo bisogno di più dati".

Ed Euclide potrebbe fare esattamente questo. La navicella spaziale, da lanciare nel 2022, potrebbe non solo trovare prove che l'energia oscura stia davvero estendendo l'Universo in modo non uniforme in direzioni diverse, consentirà inoltre agli scienziati di raccogliere più dati sulle proprietà di una grande quantità di ammassi di galassie, che potrebbero supportare o smentire i risultati attuali.

Ulteriori dati arriveranno presto anche dallo strumento a raggi X eROSITA, costruito dall'Istituto Max Planck per la fisica extraterrestre. Lo strumento, a bordo del satellite russo-tedesco Spektr-RG, lanciato di recente, condurrà la prima indagine di tutto il cielo in raggi X di media energia, concentrandosi sulla scoperta di decine di migliaia di ammassi di galassie precedentemente sconosciuti e centri galattici attivi.

I risultati sono pubblicati sulla rivista Astronomia e astrofisica