La discrepanza tra quanto velocemente l’universo sembra espandersi e quanto velocemente ci aspettiamo che si espanda è una delle anomalie più ostinatamente persistenti della cosmologia.
I cosmologi basano la loro aspettativa del tasso di espansione — un tasso noto come costante di Hubble — sulle misurazioni delle radiazioni emesse poco dopo il Big Bang. Questa radiazione rivela gli ingredienti precisi dell’universo primordiale., I cosmologi inseriscono gli ingredienti nel loro modello di evoluzione cosmica ed eseguono il modello in avanti per vedere quanto velocemente lo spazio dovrebbe espandersi oggi.
Tuttavia la previsione non è completa: quando i cosmologi osservano oggetti astronomici come stelle pulsanti e supernove che esplodono, vedono un universo che si sta espandendo più velocemente, con una costante di Hubble più grande.
La discrepanza, nota come tensione di Hubble, è persistita anche se tutte le misurazioni sono diventate più precise. Alcuni astrofisici continuano a discutere se la tensione potrebbe essere nient’altro che un errore di misurazione., Ma se la discrepanza è reale, significa che manca qualcosa dal modello dell’universo dei cosmologi.
Recentemente, i teorici sono stati impegnati a immaginare nuovi ingredienti cosmici che, una volta aggiunti al modello standard, aumenterebbero il tasso di espansione previsto dell’universo, facendolo corrispondere alle osservazioni.
“Scoprire le anomalie è il modo fondamentale in cui la scienza fa progressi”, ha detto Avi Loeb, un cosmologo dell’Università di Harvard e una delle dozzine di ricercatori che hanno proposto soluzioni alla tensione di Hubble.,
Queste sono alcune delle idee migliori per ciò che potrebbe accelerare l’espansione cosmica.
Materia oscura in decomposizione
Il modello standard della cosmologia incorpora tutte le forme familiari di materia e radiazione e le loro interazioni. Include anche le sostanze invisibili note come energia oscura e materia oscura, che insieme costituiscono circa il 96% del cosmo. Perché così poco si sa su questi ingredienti scuri, sono forse il luogo ovvio per iniziare manomissione con il modello standard. “Questo è ciò che hai a tua disposizione per cambiare il tasso di espansione dell’universo”, ha detto Loeb.,
Il modello standard presuppone che la materia oscura sia costituita da particelle in movimento lento che non interagiscono con la luce. Ma cosa succede se assumiamo anche che la materia oscura non sia fatta di una sola sostanza? Poiché esistono molti tipi diversi di particelle visibili — quark, elettroni e così via — potrebbero esserci anche più particelle scure.
In un articolo pubblicato la scorsa estate su Physical Review D, Loeb e due collaboratori hanno considerato una forma di materia oscura che decade in una particella più leggera e una particella senza massa nota come fotone scuro., Mentre sempre più materia oscura decadeva nel tempo, ragionavano, la sua attrazione gravitazionale sarebbe diminuita, e quindi l’espansione dell’universo avrebbe accelerato, alleviando la tensione di Hubble.
Ma apportare piccole modifiche come questa al modello cosmologico standard può avere effetti indesiderati a catena. ” È molto facile trovare tutti i tipi di lievi modifiche”, ha detto Marc Kamionkowski, un fisico teorico della Johns Hopkins University, ma è difficile farlo, ha detto, senza rovinare la perfetta vestibilità del modello con una ricchezza di altre osservazioni astronomiche.,
Variando il tasso di decadimento e la quantità di materia oscura che si perde in ogni decadimento, Loeb e colleghi hanno selezionato un modello di materia oscura in decomposizione che a loro dire concorda ancora con altre osservazioni astronomiche. “Se aggiungi questo ingrediente al modello standard della cosmologia, tutto tiene insieme”, ha detto Loeb.
Tuttavia rimane insoddisfatto dell’idea della materia oscura decadente, in parte perché introduce due nuove quantità incerte nelle equazioni.,
“In questo caso, aggiungi due parametri liberi per risolvere una discrepanza — e sono a disagio per questo”, ha detto, confrontando la materia oscura in decomposizione con gli epicicli nel modello dell’universo incentrato sulla Terra di Tolomeo. “Preferirei avere due discrepanze spiegate da un parametro.”
Energia Oscura incostante
Fin dalla scoperta a sorpresa nel 1998 che l’espansione dell’universo sta accelerando, i cosmologi hanno incluso un’energia oscura ripugnante nel loro modello di evoluzione cosmica. Ma la sua natura rimane un mistero., La possibilità più semplice è che l’energia oscura sia la” costante cosmologica ” — l’energia dello spazio stesso, con una densità costante ovunque. Ma cosa succede se la quantità di energia oscura nell’universo non è costante?
Una dose extra di energia oscura nell’universo primordiale, soprannominata early dark energy, potrebbe conciliare i valori contrastanti della costante di Hubble. La pressione esterna di questa prima energia oscura avrebbe accelerato l’espansione dell’universo. ” La parte difficile è che non può davvero rimanere in giro; deve andare via rapidamente”, ha detto Lisa Randall, un fisico delle particelle e cosmologo di Harvard.,