Sono ancora molte le domande irrisolte della cosmologia sul nostro Universo ma una serie di nuovi strumenti sta arrivando in aiuto degli scienziati.
La nostra comprensione dell’Universo è profonda. Solo un secolo fa, gli astronomi tennero un Grande Dibattito per discutere se la nostra galassia fosse un universo insulare o se nebulose come Andromeda fossero galassie in un cosmo molto più grande. Ora sappiamo che l’Universo ha miliardi di anni, si espande costantemente fino a miliardi di anni luce di diametro ed è pieno non solo di stelle e galassie, ma anche di energia oscura e materia oscura. Gli astronomi riassumono questa comprensione come modello LCDM, che è l’attuale standard della cosmologia. Mentre i dati osservativi che abbiamo raccolto nel corso degli anni supportano fortemente questo modello, non è tuttavia privo di misteri insoluti.
La tensione di Hubble
La sfida più sorprendente è nota come tensione di Hubble. Quando misuriamo il tasso di espansione cosmica in vari modi, possiamo calcolare quella che è nota come costante di Hubble o parametro di Hubble, che definisce il tasso di espansione cosmica. Questo tasso ci dice anche cose come l’età dell’Universo e la densità media di energia oscura e materia. Mentre le varie osservazioni generalmente si raggruppano intorno a 68-69 km/s/Mpc, diversi metodi forniscono risultati al di fuori di tale intervallo.
Ci sono alcune prove a sostegno dell’idea che il tasso attuale di espansione cosmica sia maggiore di quello dell’Universo primordiale, che è noto come tensione di taglio cosmica. Tutto ciò significa che o alcuni dei nostri metodi sono in qualche modo errati o c’è un aspetto fondamentale dell’espansione cosmica che ancora non comprendiamo.
Correlati a questo sono i misteri che circondano l’energia oscura. All’interno del modello standard, l’energia oscura è una proprietà dello spazio e del tempo ed è universale in tutto il cosmo. Ma c’è una visione alternativa che sostiene che l’energia oscura sia un campo scalare indipendente all’interno dello spaziotempo, a volte definito quintessenza. Osservazioni come la scala di clustering delle galassie generalmente supportano il primo modello, ma ci sono alcuni studi qua e là che suggeriscono il secondo. Non abbiamo ancora dati sufficienti per escludere completamente entrambi.
Poi, naturalmente, c’è il grande spauracchio della materia oscura. Le osservazioni supportano fortemente la sua esistenza e il fatto che la materia oscura costituisca la maggior parte della materia nell’Universo. Ma all’interno del modello standard della fisica delle particelle, non c’è nulla che potrebbe comprendere la materia oscura e innumerevoli esperimenti che hanno cercato di rilevare direttamente la materia oscura finora non hanno prodotto nulla. Modelli alternativi come la gravità modificata possono spiegare alcune delle nostre osservazioni, ma i modelli devono essere modificati solo per adattarsi ai dati e nessun approccio alternativo concorda con tutte le nostre osservazioni. La materia oscura rimane centrale nel modello cosmologico standard, ma la sua vera natura è ancora sconosciuta.
Nuovi strumenti in aiuto
Ci stiamo avvicinando a un modello completo e unificante dell’Universo, ma ci sono misteri profondi e sottili che dobbiamo ancora risolvere. Abbiamo bisogno di più idee teoriche e abbiamo disperatamente bisogno di più dati osservativi. Fortunatamente, ci sono progetti entusiasmanti in cantiere che potrebbero risolvere questi misteri nel prossimo futuro.
Uno di questi è il sondaggio Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), attualmente in corso. Nel corso del progetto quinquennale, DESI osserverà gli spettri di oltre 35 milioni di galassie distanti, fornendoci una mappa 3D dettagliata dell’Universo. In confronto, lo Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ha raccolto dati su 4 milioni di galassie e ci ha fornito la visione più dettagliata dell’aggregazione galattica al momento. Con DESI, saremo in grado di vedere l’interazione tra materia oscura ed energia oscura attraverso miliardi di anni e, si spera, determinare se l’energia oscura è costante o cambia nel tempo.
Un altro strumento utile sarà l’osservatorio Vera Rubin, che dovrebbe essere online tra qualche mese. Fornendoci una mappa del cielo ad alta risoluzione ogni pochi giorni, Rubin ci consentirà di studiare fenomeni transitori come le supernovae, utilizzate per misurare l’espansione cosmica. Ci fornirà anche una visione completa della materia all’interno della nostra galassia e potrebbe rivelare aspetti di come tale materia interagisce con la materia oscura. Più avanti nel futuro, ci sono progetti pianificati come il Wide-field Spectroscopic Telescope (WST), che amplierà le capacità dell’osservatorio Rubin, e lo Spec-S5, che completerà i rilievi DESI. Entrambi sono ancora in fase di pianificazione, ma potrebbero diventare operativi entro un decennio circa.
Negli anni ’20, il Grande Dibattito sull’Astronomia fu risolto grazie a una grande quantità di dati. L’ascesa dell’astronomia fotografica ci ha permesso di vedere l’Universo in nuovi modi e ha reso possibile la cosmologia moderna. Stiamo ora entrando in un’era di astronomia basata su grandi dati, in cui telescopi a campo largo e grandi indagini forniranno più dati in una sera di quanti se ne potessero raccogliere in un anno solo decenni fa.
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Per saperne di più
- Leggi l’articolo originale su Universe Today
- Leggi il paper scientifico intitolato “Future directions in cosmology” su Arxiv
