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L'universo asimmetrico?

Fonte: articolo riportato dall'Internet

E se l'universo fosse asimmetrico?

di Lee Billings/Scientific American

Un'immagine dell'ammasso di galassie IDCS J1426,

situato a 10 miliardi di anni luce da noi (©ESA/Hubble)

Una nuova analisi basata sulla distribuzione degli ammassi

di galassie in tutto il cielo e fino a 5 miliardi di anni luce da

noi mostra che alcuni sono più lontani o più vicini di quanto

ci si aspetterebbe se l'espansione dell'universo fosse uguale

in tutte le direzioni.

Se fosse confermato, il risultato minerebbe le fondamenta

della fisica, ma molti esperti sono scettici.

Secondo i principi chiave della fisica moderna, il cosmo è

"isotropo" su scala di molti miliardi di anni luce, il che significa

che dovrebbe avere lo stesso aspetto e lo stesso comportamento

in qualunque direzione lo si osservi.

A partire dal big bang di quasi 14 miliardi di anni fa, l'universo

avrebbe dovuto espandersi in modo identico ovunque.

E questo presupposto è in accordo con ciò che gli astronomi

verificano quando osservano la liscia uniformità della luce del big

bang: il fondo cosmico a microonde (cosmic background radiation,

CMB).

Ora, tuttavia, una survey a raggi X delle distanze degli ammassi di

galassie in tutto il cielo suggerisce che alcuni sono significativamente

più vicini o più lontani di quanto l'isotropia possa far prevedere.

Questa scoperta potrebbe essere un segno che l'universo è in realtà

"anisotropo": si espande più velocemente in alcune regioni che in

altre.

Chiedo scusa a chiunque sia alla ricerca di una scusa cosmica per le

proprie disgrazie, ma forse l'universo non è poi così privo di

direzione.

Questa possibile prova dell'anisotropia viene da un gruppo

internazionale di ricerca guidato dall'astronomo Konstantinos Migkas,

dell'Università di Bonn in Germania.

E si basa su dati nuovi o diarchivio relativi a quasi 850 ammassi

di galassie visti dall'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA,

dal satellite XMMM-Newton dell'Agenzia Spaziale Europea e dal

satellite giapponese Advanced Satellite for Cosmology and

Astrophysics.

Lo studio, apparso nel numero di aprile di "Astronomy and

Astrophyisics", tratta ogni ammasso un po' come un faro,

stimandone le distanze in base a quanto appare luminoso

od oscuro ogni singolo ammasso.

Misurando il tipo e la quantità di raggi X emessi dal gas caldo

e rarefatto che circonda un determinato ammasso, il gruppo

ha potuto determinare la temperatura di quel gas.

In questo modo, i ricercatori sono riusciti a stimare la

luminosità nei raggi X dell'ammasso e quindi la sua distanza.

Successivamente, hanno calcolato la luminosità di ciascun

ammasso attraverso una tecnica separata che si basava, in

parte, su determinazioni preesistenti del tasso di espansione

dell'universo.

Il confronto tra i due valori indipendenti di luminosità degli

ammassi ha permesso a Migkas e ai suoi colleghi di indagare

le potenziali deviazioni del tasso di espansione dell'universo

in tutto il cielo e di scoprire due regioni in cui gli ammassi

erano del 30 per cento circa più luminosi o più deboli (e quindi

potenzialmente più vicini o più lontani) del previsto.

"Siamo riusciti a individuare una regione che sembra espandersi

più lentamente del resto dell'universo e una che sembra

espandersi più velocemente", dice Migkas.

"Ci sono anche molti studi su supernovae ottiche e su galassie

a infrarossi che hanno rilevato anisotropie simili nelle stesse

direzioni.

E ci sono anche molti studi con serie di dati simili che non

mostrano alcuna anisotropia! Pertanto, la situazione è ancora

incerta.

Non sosteniamo di conoscere l'origine delle anisotropie,

ma solo che ci sono".

Un'anisotropia sorprendente e deprimente

Un universo anisotropo minerebbe le fondamenta della fisica,

richiedendo importanti revisioni del pensiero attuale sull'evoluzione

cosmica.

"Se[la crescita dell'universo fosse effettivamente diversa in

diverse direzioni, si aprirebbe una nuova falla nell'ipotesi

cosmologica sull'omogeneità dell'espansione su porzioni di spazio

sufficientemente grandi", dice Megan Donahue, astrofisica della

Michigan State University che non era coinvolta nello studio.

Un'espansione asimmetrica "sarebbe stupefacente e deprimente",

aggiunge, perché suggerirebbe che la nostra comprensione

della struttura e dell'evoluzione su larga scala dell'universo è

profondamente - forse irrimediabilmente - incompleta.

Per spiegare una cosa del genere - e per conciliarla con l'isotropia

quasi perfetta vista nel fondo cosmico a microonde - i cosmologi

potrebbero ricorrere all'energia oscura, la misteriosa forza che

determina l'espansione accelerata dell'universo.

Forse, in qualche epoca intermedia nell'ampio intervallo di tempo

tra l'immagine del fondo a microonde dell'universo "primordiale"

e quella dell'universo " maturo" degli ultimi miliardi di anni, gli

effetti dell'energia oscura si sono intensificati in alcune parti

specifiche del cosmo, provocando un'espansione asimmetrica.

"Sarebbe notevole se si scoprisse che l'energia oscura ha diverse

intensità in differenti parti dell'universo", ha detto il coautore

dello studio, Thomas Reiprich dell'Università di Bonn in una

recente dichiarazione.

"Tuttavia, sarebbero necessarie molte più prove per escludere

altre spiegazioni e formulare un quadro convincente".

In alternativa, l'universo potrebbe non essere affatto asimme-

trico: gli ammassi di galassie aberranti potrebbero essere coinvolti

in un "flusso di massa", trascinati fuori posto dall'attrazione

gravitazionale di ammassi ancora più grandi e lontani, un po'

come le barche travolte dalla corrente impetuosa di un fiume.

Ma la maggior parte dei cosmologi non si aspettava che si

verificassero flussi di massa alle scale estremamente grandi

indagate dallo studio, in cui sono state condotte misurazioni

fino a circa cinque miliardi di anni luce di distanza.

Una mappa a cielo aperto che mostra come potrebbe essere

un'espansione asimmetrica dell'universo, basata sulle survey a

raggi X di centinaia di ammassi di galassie.

Le tonalità giallo arancione indicano un tasso di espansione più

veloce del previsto.

I colori viola-nero corrispondono a un'espansione più lenta

del previsto (K. Migkas et al. 2020-CC BY-SA 3.0 IGO)

"Potrebbe trattarsi benissimo di un flusso di massa", dice

Migkas.

"Ma anche questo sarebbe molto importante, semplicemente

perché la maggior parte degli studi non ne tiene conto!

Qualsiasi flusso di massa esistente potrebbe influenzare pesante-

mente i nostri risultati e le misurazioni, se non si apportano le

correzioni dovute a questi movimenti in modo appropriato".

Punti ciechi cosmici

La spiegazione più ovvia, naturalmente, sarebbe che le apparenti

asimmetrie nella distribuzione spaziale dei cluster sono dovute

a difetti nei dati o nella loro analisi.

Ma anche questo scenario potrebbe richiedere agli scienziati di

aggiornare la loro conoscenza di come gli errori si insinuano

nei loro più accurati calcoli delle distanze cosmiche.

"E' da un po' di tempo che gli studi che utilizzano gli ammassi

come riferimenti cosmologici forniscono risultati scorretti", dice

Adam Riess, astronomo della Johns Hopkins University, che

non fa parte del gruppo di Migkas, citando le recenti analisi di

altri ricercatori che evidenziano le incongruenze tra il lavoro

basato sugli ammassi e quello basato sulle altre tecniche di misura-

zione.

Tali incongruenze suggeriscono che le correlazioni tra la tempera-

tura dei raggi X di un ammasso di galassie e la sua luminosità

non sono così chiare come i ricercatori vorrebbero.

Inoltre, dice Riess, ci sono altri potenziali problemi da affrontare

proprio qui nella Via Lattea: in particolare, il disco pieno di gas e

polveri della nostra galassia, che oscura in vari modi fastidiosi la

visione del cosmo più ampio da parte degli astronomi.

Potrebbe non essere una coincidenza, dice, che la regione con la

più grande anisotropia cosmica apparente identificata da Migkas

e dai suoi colleghi confina con il luogo dove sono più spessi i gas

e le polveri che assorbono i raggi X della Via Lattea.

"Essi affermano che la direzione dell'universo che appare

problematica è proprio nel nostro punto cieco", aggiunge Riess.

"Sembra sospetto!".

Anche David Spergel, cosmologo della Princeton University e

del Flatiron Institute di New York City, sospetta che ci siano

errori nelle misurazioni basate sugli ammassi, in parte perché

molte altre tecniche forniscono risultati fortemente contrastanti.

"Questo articolo sarebbe molto importante se fosse vero, ma

è molto improbabile che lo sia", dice.

"Abbiamo molti test molto più accurati dell'anisotropia basati

sulle osservazioni del fondo cosmico a microonde e della strut-

tura su larga scala.

Queste osservazioni sono più semplici, più pulite e sono state

riprodotte in molti modi diversi".

Le anisotropie alla scala suggerita dal nuovo studio, dice, portereb-

bero a fluttuazioni nella fondo a microonde mille volte più luminose

di quelle osservate dagli astronomi.

Ciononostante, Migkas e i suoi colleghi sostengono che pronunciarsi

decisamente contro o a favore di un universo asimmetrico richiede

ulteriori e più complete prove sulla struttura cosmica su larga scala.

Ora sono alla ricerca di ulteriori indizi di anisotropia dell'ammasso

di galassie all'interno delle mappe del fondo cosmico a microonde

e cercano di convalidare i loro studi sull'ammasso basati sui raggi X

con osservazioni complementari negli infrarossi.

I risultati conclusivi potrebbero infine provenire da nuovi telescopi

spaziali - come eROSITA, un osservatorio a raggi X tedesco-russo,

o la prossima missione Euclide dell'Agenzia Spaziale Europea -

che condurranno survey più profonde e più ampie degli ammassi

in tutto il cielo.

"In generale, crediamo che sempre più persone dovrebbero

studiare l'isotropia dell'universo e trovare nuovi metodi e strumenti

per farlo, considerando l'enorme significato che questo ha per la

cosmologia standard", dice Migkas.

"Sarebbe bello se sapessimo, una volta per tutte, se l'ultimo

universo ha un aspetto isotropo o meno".

(L'originale di questo articolo è stato pubblicato su

"Scientific American" il 15 aprile 2020. Traduzione

ed editing a cura di Le Scienze.

Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)