Uno studio sulla supernova mostra che l'energia oscura può essere più complicata di quanto pensassimo

Di cosa è fatto l'universo? Questa domanda ha spinto gli astronomi per centinaia di anni.

Nell’ultimo quarto di secolo, gli scienziati hanno creduto che cose “normali” come gli atomi e le molecole che compongono te, me, la Terra e quasi tutto ciò che possiamo vedere rappresentino solo il 5% dell’universo. Un altro 25% è “materia oscura”, una sostanza sconosciuta che non possiamo vedere ma che possiamo rilevare attraverso il modo in cui influenza la materia normale attraverso la gravità.

Il restante 70% del cosmo è costituito da “energia oscura”. Scoperta nel 1998, questa è una forma sconosciuta di energia che si ritiene stia facendo espandere l'universo a un ritmo sempre crescente.

In un nuovo studio, di prossima pubblicazione nel Diario astronomico, io e i miei colleghi abbiamo misurato le proprietà dell'energia oscura in modo più dettagliato che mai. I nostri risultati mostrano che potrebbe trattarsi di un’ipotetica energia del vuoto proposta per la prima volta da Einstein, o potrebbe essere qualcosa di più strano e complicato che cambia nel tempo.

Cos'è l'energia oscura?

Quando Einstein sviluppò la teoria della relatività generale più di un secolo fa, si rese conto che le sue equazioni mostravano che l’universo avrebbe dovuto essere in espansione o in contrazione. Questo gli sembrava sbagliato, così aggiunse una “costante cosmologica” – un tipo di energia inerente allo spazio vuoto – per bilanciare la forza di gravità e mantenere statico l’universo.

Più tardi, quando il lavoro di Henrietta Swan Leavitt e Edwin Hubble mostrò che l’universo si stava effettivamente espandendo, Einstein eliminò la costante cosmologica, definendolo il suo “più grande errore”.

Tuttavia, nel 1998, due gruppi di ricercatori scoprirono che l’espansione dell’universo stava effettivamente accelerando. Ciò implica che, dopo tutto, potrebbe esistere qualcosa di molto simile alla costante cosmologica di Einstein: qualcosa che ora chiamiamo energia oscura.

Da quelle misurazioni iniziali, abbiamo utilizzato supernovae e altre sonde per misurarne la natura Energia scura. Fino ad ora, questi risultati hanno mostrato che la densità dell’energia oscura nell’universo sembra essere costante.

Ciò significa che la forza dell’energia oscura rimane la stessa, anche se l’universo cresce: non sembra diffondersi in modo più sottile man mano che l’universo diventa più grande. Lo misuriamo con un numero chiamato w. La costante cosmologica di Einstein in effetti è fissata w a –1, e osservazioni precedenti hanno suggerito che questo era più o meno giusto.

Stelle che esplodono come bastoncini di misura cosmici

Come misuriamo cosa c'è nell'universo e quanto velocemente sta crescendo? Non abbiamo enormi metri a nastro o scale giganti, quindi usiamo “candele standard”: oggetti in spazio di cui conosciamo lo splendore.

Immagina che sia notte e di trovarti su una lunga strada con alcuni pali della luce. Questi poli hanno tutti la stessa lampadina, ma i poli più lontani sono più deboli di quelli vicini.

Questo perché la luce svanisce proporzionalmente alla distanza. Se conosciamo la potenza della lampadina e possiamo misurare quanto luminosa sembra essere la lampadina, possiamo calcolare la distanza dal palo della luce.

Per gli astronomi, una comune lampadina cosmica è una sorta di stella che esplode chiamata supernova di tipo Ia. Si tratta di stelle nane bianche che spesso succhiano materia da una stella vicina e crescono fino a raggiungere 1.44 volte la massa del nostro sole, dopodiché esplodono. Misurando la velocità con cui l'esplosione si attenua, possiamo determinare quanto fosse luminosa e quindi quanto fosse lontana da noi.

L'indagine sull'energia oscura

I Indagine sull'energia oscura è il più grande sforzo finora compiuto per misurare l’energia oscura. Più di 400 scienziati di diversi continenti hanno lavorato insieme per quasi un decennio per osservare ripetutamente parti del cielo meridionale.

Le osservazioni ripetute ci permettono di cercare cambiamenti, come nuove stelle che esplodono. Quanto più spesso osservi, tanto meglio puoi misurare questi cambiamenti, e quanto più ampia è l'area che cerchi, tanto più supernove puoi trovare.

I primi risultati che indicavano l’esistenza dell’energia oscura utilizzavano solo un paio di dozzine di supernove. Gli ultimi risultati della Dark Energy Survey utilizzano circa 1,500 stelle in esplosione, fornendo una precisione molto maggiore.

Utilizzando una fotocamera appositamente costruita installata sul telescopio Blanco da 4 metri presso l'Osservatorio interamericano di Cerro-Tololo in Cile, l'indagine ha rilevato migliaia di supernove di diversi tipi. Per capire quali fossero di tipo Ia (il tipo di cui abbiamo bisogno per misurare le distanze), abbiamo utilizzato il telescopio anglo australiano da 4 metri presso l'Osservatorio di Siding Spring nel Nuovo Galles del Sud.

L'Anglo Australian Telescope ha effettuato misurazioni che hanno spezzato i colori della luce delle supernove. Questo ci permette di vedere una “impronta digitale” dei singoli elementi nell’esplosione.

Le supernove di tipo Ia hanno alcune caratteristiche uniche, come non contenere idrogeno e silicio. E con un numero sufficiente di supernove, l’apprendimento automatico ci ha permesso di classificare migliaia di supernove in modo efficiente.

Più complicato della costante cosmologica

Finalmente, dopo più di un decennio di lavoro e di studio di circa 1,500 supernove di tipo Ia, il Dark Energy Survey ha prodotto una nuova migliore misurazione di w. Abbiamo trovato w = –0.80 ± 0.18, quindi è compreso tra –0.62 e –0.98.

Questo è un risultato molto interessante. È vicino a –1, ma non esattamente lì. Per essere la costante cosmologica, o l'energia dello spazio vuoto, dovrebbe essere esattamente –1.

Dove ci porta questo? Con l’idea che potrebbe essere necessario un modello più complesso di energia oscura, magari in cui questa misteriosa energia sia cambiata nel corso della vita dell’universo.

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

Credito immagine: i resti di una supernova di tipo Ia, una sorta di stella che esplode utilizzata per misurare le distanze nell'universo. NASA/CXC/U.Texas, CC BY

• Distribuzione di contenuti basati su SEO e PR. Ricevi amplificazione oggi.
• PlatoData.Network Generativo verticale Ai. Potenzia te stesso. Accedi qui.
• PlatoAiStream. Intelligenza Web3. Conoscenza amplificata. Accedi qui.
• PlatoneESG. Carbonio, Tecnologia pulita, Energia, Ambiente, Solare, Gestione dei rifiuti. Accedi qui.
• Platone Salute. Intelligence sulle biotecnologie e sulle sperimentazioni cliniche. Accedi qui.
• Fonte: https://singularityhub.com/2024/01/12/supernova-study-shows-dark-energy-may-be-more-complicated-than-we-thought/