Una delle più grandi scoperte della cosmologia moderna è che l’Universo si sta espandendo e che questa espansione, contrariamente a quanto ci si sarebbe aspettati, sembrerebbe accelerare invece di rallentare sotto l’effetto della forza di gravità. Per spiegare questo fenomeno, alla fine degli anni Novanta è stata introdotta l’ipotesi dell’energia oscura, una componente misteriosa che costituirebbe quasi il 70% dell’energia totale dell’Universo e che spingerebbe lo spazio a dilatarsi sempre più velocemente.
Tuttavia, che cos’è davvero l’energia oscura? E se la sua presenza fosse solo il frutto di un’interpretazione incompleta dei dati? Oggi esistono alcuni modelli alternativi che mirano a spiegare l’apparente accelerazione cosmica senza introdurre nuove forme di energia. Tra questi, uno dei più noti è il modello Timescape, proposto dal fisico teorico David Wiltshire.
Dal Principio Cosmologico all’energia oscura
Secondo il modello cosmologico standard – la descrizione dell’Universo attualmente più accreditata – lo spazio su grandi scale è sostanzialmente omogeneo e isotropo (cioè uguale in ogni direzione). Questo è il cosiddetto Principio Cosmologico. Le piccole disomogeneità che osserviamo (galassie, ammassi di galassie e grandi regioni vuote) vengono trattate come leggere perturbazioni, che si ritiene non influiscano in modo significativo sull’evoluzione complessiva dell’Universo.
Alla fine degli anni Novanta, però, studiando particolari esplosioni stellari (le supernove di tipo Ia), i ricercatori si sono accorti che le galassie sembravano allontanarsi da noi più velocemente di quanto previsto. Poiché la gravità dovrebbe frenare l’espansione, si è ipotizzato che dovesse esistere una “spinta” aggiuntiva. Questa forza repulsiva sarebbe generata proprio dall’energia oscura, in grado di vincere l’attrazione gravitazionale e far accelerare l’espansione.
L’idea del modello Timescape
Il modello Timescape parte dallo stesso punto: la relatività generale di Einstein è corretta, non viene modificata la descrizione della gravità. Tuttavia, Wiltshire mette in dubbio l’ipotesi che le disomogeneità nell’Universo siano trascurabili ai fini dell’espansione complessiva.
In breve, la chiave sta nel tempo. È noto da esperimenti terrestri e satellitari (persino dai sistemi GPS) che in un campo gravitazionale intenso il tempo scorre più lentamente. Su scala cosmica, questo comporta che in regioni particolarmente dense (dove ci sono tante galassie, ammassi di galassie, materia oscura) il tempo “tende” a rallentare rispetto a regioni più vuote. Se noi, come osservatori, ci troviamo in una zona mediamente più densa, quando guardiamo lontano nell’Universo potremmo “sbagliare” a interpretare il tasso di espansione, perché stiamo combinando i ritmi di regioni in cui il tempo scorre in modo leggermente diverso.
Risultato: l’accelerazione potrebbe essere soltanto un’illusione generata da questa discrepanza nei diversi “orologi cosmici”. Nel modello Timescape, quindi, non esiste alcuna vera accelerazione e non c’è bisogno di introdurre l’energia oscura: è la nostra prospettiva (situata in un particolare tipo di regione cosmica) a ingannarci.
L’energia oscura continua a essere, per la maggioranza dei cosmologi, la spiegazione più semplice e coerente con l’insieme dei dati raccolti. Ma alternative come il modello Timescape mostrano che la cosmologia è un campo vivo e in continua evoluzione, dove ipotesi innovative possono talvolta aprire prospettive sorprendenti.
Le conferme e i limiti attuali
Wiltshire e il suo gruppo hanno confrontato le previsioni del modello Timescape con i dati di oltre 1500 supernove di tipo Ia. Ebbene, i risultati sembrerebbero compatibili anche senza chiamare in causa l’energia oscura. Questo ovviamente fa discutere e incuriosisce i cosmologi, perché propone uno scenario alternativo potenzialmente molto affascinante.
D’altra parte, il modello cosmologico standard non “vince” solo sulle supernove. Esso descrive correttamente un vasto insieme di osservazioni, come per esempio:
- La radiazione cosmica di fondo (la CMB), cioè la traccia fossile del Big Bang, con le sue piccole fluttuazioni di temperatura;
- La distribuzione su larga scala della materia, che forma la “rete cosmica” di galassie e ammassi di galassie;
- Fenomeni di lente gravitazionale, che consentono di studiare la curvatura dello spazio dovuta a grandi masse.
Il Timescape, al momento, non possiede ancora formule e predizioni precise per tutti questi fenomeni, o comunque non è stato testato in modo altrettanto approfondito. Ecco perché, pur considerandolo un’ipotesi promettente, non ha (ancora) soppiantato la descrizione standard con energia oscura.
Saranno i futuri esperimenti e le osservazioni a dirci se davvero siamo davanti a un falso mistero – come il Timescape suggerisce – o se l’energia oscura rimarrà la protagonista principale dell’espansione cosmica accelerata. Fino ad allora, la ricerca continuerà a esplorare il cosmo con strumenti sempre più potenti, tenendo aperte tutte le strade che la curiosità scientifica e la logica matematica ci consentono di percorrere.
Uno sguardo al futuro
Il prossimo futuro della cosmologia si preannuncia ricco di dati grazie a missioni spaziali dedicate, come il telescopio Euclid dell’ESA, lanciato con lo scopo di mappare con estrema precisione la distribuzione di galassie e la geometria dell’Universo. Se il Timescape è corretto, a un certo punto dovrebbe distinguersi dal modello con energia oscura in qualche aspetto specifico delle osservazioni, producendo previsioni differenti su come sono distribuite galassie o materia oscura, o su come evolve la radiazione cosmica di fondo. A quel punto il confronto con i dati chiarirà quale modello sia da preferire.
In definitiva, la storia della scienza ci insegna che nessuna teoria è immutabile: è già accaduto in passato che una nuova idea sovvertisse in modo rivoluzionario il panorama teorico. Se domani saltasse fuori che il cosiddetto “acceleramento dell’Universo” è solo un’illusione generata da una sottile disomogeneità e da effetti relativistici sullo scorrere del tempo, non sarebbe la prima volta che una scoperta inattesa rivoluziona le nostre certezze.
Stefano Camilloni
