L’universo potrebbe essere un loop gigante

Tutto quello che pensiamo di sapere sulla forma dell’universo potrebbe essere sbagliato. Invece di essere piatto come un lenzuolo, il nostro universo potrebbe essere curvo, come un enorme pallone gonfiato, secondo un nuovo studio.

Questo è il risultato di un nuovo documento pubblicato oggi (4 novembre) sulla rivista Nature Astronomy, che esamina i dati del fondo cosmico a microonde (CMB), la debole eco del Big Bang. Ma non tutti sono convinti; i nuovi risultati, basati su dati rilasciati nel 2018, contraddicono sia anni di saggezza convenzionale che un altro studio recente basato su quello stesso set di dati CMB.

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Se l’universo è curvo, secondo il nuovo documento, lo è dolcemente. Quella lenta curvatura non è importante per muoversi nella nostra vita, o nel sistema solare, o anche nella nostra galassia. Ma viaggia al di là di tutto questo, al di fuori del nostro quartiere galattico, lontano nella profonda oscurità, e alla fine – muovendoti in linea retta – farai un giro e ti ritroverai proprio dove hai iniziato. I cosmologi chiamano questa idea “universo chiuso”. Esiste da un po’, ma non si adatta alle teorie esistenti su come funziona l’universo. Perciò è stata in gran parte respinta in favore di un “universo piatto” che si estende senza confini in ogni direzione e non gira su se stesso. Ora, un’anomalia nei dati della migliore misurazione della CMB offre prove solide (ma non assolutamente conclusive) che l’universo è chiuso dopo tutto, secondo gli autori: La cosmologa dell’Università di Manchester Eleonora Di Valentino, il cosmologo dell’Università Sapienza di Roma Alessandro Melchiorri e il cosmologo della Johns Hopkins University Joseph Silk.

La differenza tra un universo chiuso e uno aperto è un po’ come la differenza tra un foglio piatto allungato e un palloncino gonfiato, ha detto Melchiorri a Live Science. In entrambi i casi, il tutto è in espansione. Quando il foglio si espande, ogni punto si allontana da ogni altro punto in linea retta. Quando il palloncino si gonfia, ogni punto sulla sua superficie si allontana da ogni altro punto, ma la curvatura del palloncino rende la geometria di questo movimento più complicata.

“Questo significa, per esempio, che se hai due fotoni e viaggiano in parallelo in un universo chiuso, si incontreranno”, ha detto Melchiorri.

In un universo aperto e piatto, i fotoni, lasciati indisturbati, viaggerebbero lungo i loro percorsi paralleli senza mai interagire.

Il modello convenzionale dell’inflazione dell’universo, ha detto Melchiorri, suggerisce che l’universo dovrebbe essere piatto. Riavvolgiamo l’espansione dello spazio fino all’inizio, ai primi 0,0000000000000000000000001 secondi dopo il Big Bang, secondo quel modello, e vedrete un momento di incredibile, esponenziale espansione mentre lo spazio cresceva da quel punto infinitesimale in cui è iniziato. E la fisica di quell’espansione superveloce indica un universo piatto. Questa è la prima ragione per cui la maggior parte degli esperti crede che l’universo sia piatto, ha detto. Se l’universo non è piatto, bisogna “mettere a punto” la fisica di quel meccanismo primordiale per far combaciare il tutto – e rifare innumerevoli altri calcoli nel processo, ha detto Melchiorri.

Ma questo potrebbe finire per essere necessario, hanno scritto gli autori nel nuovo studio.

Questo perché c’è un’anomalia nel CMB. La CMB è la cosa più antica che vediamo nell’universo, fatta di luce ambientale a microonde che soffonde tutto lo spazio quando si bloccano le stelle e le galassie e altre interferenze. È una delle più importanti fonti di dati sulla storia e il comportamento dell’universo, perché è così vecchia e diffusa nello spazio. E si scopre, secondo gli ultimi dati, che c’è significativamente più “lente gravitazionale” della CMB di quanto previsto – il che significa che la gravità sembra piegare le microonde della CMB più di quanto la fisica esistente possa spiegare.

I dati a cui il team sta attingendo provengono da un rilascio del 2018 dall’esperimento Planck – un esperimento dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) per mappare la CMB in modo più dettagliato che mai. (I nuovi dati saranno pubblicati in un prossimo numero della rivista Astronomy & Astrophysics e sono disponibili ora sul sito web dell’ESA. Sia Di Valentino che Melchiorri hanno fatto parte anche di questo sforzo.)

Per spiegare questa lente extra, la Collaborazione Planck ha appena aggiunto una variabile extra, che gli scienziati chiamano “A_lens”, al modello di formazione dell’universo del gruppo, “Questo è qualcosa che si mette lì a mano, cercando di spiegare ciò che si vede. Non c’è nessuna connessione con la fisica”, ha detto Melchiorri, il che significa che non c’è nessun parametro A_lens nella teoria della relatività di Einstein. “Quello che abbiamo trovato è che si può spiegare A_lens con un universo positivamente curvo, che è un’interpretazione molto più fisica che si può spiegare con la relatività generale”

Melchiorri ha sottolineato che l’interpretazione del suo team non è definitiva. Secondo i calcoli del gruppo, i dati di Planck indicano un universo chiuso con una deviazione standard di 3,5 sigma (una misura statistica che significa circa il 99,8% di fiducia che il risultato non sia dovuto al caso). Questo è ben al di sotto dei 5 sigma standard che i fisici di solito cercano prima di chiamare un’idea confermata.

Ma alcuni cosmologi hanno detto che c’erano ancora più ragioni per essere scettici.

Andrei Linde, un cosmologo della Stanford University, ha detto a Live Science che il documento Nature Astronomy non ha tenuto conto di un altro importante documento, pubblicato nel database arXiv il 1 ottobre. (Quell’articolo non è ancora stato pubblicato in una rivista peer reviewed.)

In quell’articolo, i cosmologi dell’Università di Cambridge George Efstathiou e Steven Gratton, che hanno entrambi lavorato alla Planck Collaboration, hanno esaminato un sottoinsieme più ristretto di dati rispetto all’articolo di Nature Astronomy. La loro analisi ha anche sostenuto un universo in curva, ma con molta meno confidenza statistica di quella che Di Valentino, Melchiorri e Silk hanno trovato guardando un segmento più ampio dei dati Planck. Tuttavia, quando Efstathiou e Graton hanno esaminato i dati insieme ad altri due set di dati esistenti dell’universo primordiale, hanno trovato che nel complesso, le prove puntavano verso un universo piatto.

Invitato sul documento di Efstathiou e Gratton, Melchiorri ha elogiato il trattamento attento del lavoro. Ma ha detto che l’analisi del duo si basa su un segmento troppo piccolo dei dati Planck. E ha sottolineato che la loro ricerca si basa su una versione modificata (e, in teoria, migliorata) dei dati Planck – non il set di dati pubblici che più di 600 fisici avevano esaminato.

Linde ha indicato quella rianalisi come un segno che il documento di Efstathiou e Gratton era basato su metodi migliori.

Efstathiou ha chiesto di non essere citato direttamente, ma ha sottolineato in una e-mail a Live Science che se l’universo fosse curvo, solleverebbe una serie di problemi – contraddicendo quelle altre serie di dati del primo universo e rendendo le discrepanze nella velocità di espansione osservata dell’universo molto peggio. Gratton ha detto di essere d’accordo.

Melchiorri ha anche convenuto che il modello di universo chiuso solleverebbe una serie di problemi per la fisica.

“Non voglio dire che credo in un universo chiuso”, ha detto. “Sono un po’ più neutrale. Direi, aspettiamo i dati e quello che diranno i nuovi dati. Quello che credo è che c’è una discrepanza ora, che dobbiamo stare attenti e cercare di trovare ciò che sta producendo questa discrepanza.”

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Originariamente pubblicato su Live Science.