quanto pesa l'universo

RASSEGNA STAMPA
18 APRILE 2001
PIETRO GRECO
QUANTO PESA L'UNIVERSO
Le scoperte di De Bernardis, Peacock e Riess sull'energia e il suo peso
C'è una forza oscura nell'universo opposta alla forza di attrazione gravitazionale e che agisce in senso espansivo

Hanno preso uno spicchio di cielo lungo più di 3 miliardi di anni luce tutto intorno alla Terra, hanno studiato sistematicamente 140.000 galassie. Ne hanno ricostruito la mappa con una definizione di dettaglio precisa come nessun'altra prima. E infine l'hanno "pesato". La più grande pesata di precisione, forse, mai realizzata dall'uomo, L'impresa di John Peacock, del Reale Osservatorio astronomico di Edimburgo, e del gruppo di astronomi anglo-australiani da lui diretto nella cosiddetta "2dF collaboration", resa pubblica nei giorni scorsi sulla rivista scientifica Nature, non ci ha regalato solo la mappa dell'universo locale e della struttura a larga scala della distribuzione delle galassie nel cosmo più dettagliata nella storia dell'astronomia. Non ci ha detto solo quanta materia c'è in tutto l'universo. Non ci ha detto solo che la gran parte di questa materia è di forma e costituzione esotica e a noi sconosciuta. Ma ci ha rivelato anche che l'"Oggetto" che pesa di gran lunga di più in questo nostro bizzarro universo è ... il vuoto. Davvero non è poco, per una singola ricerca scientifica. Nessuno di questi risultati ottenuti dalla "2dF collaboration" è una novità assoluta. Ma nel loro insieme questi risultati costituiscono la più solida conferma di uno scenario cosmico, per molti versi inaspettato, che si è andato delineando negli ultimissimi mesi.
Uno scenario che, come mai era accaduto nella storia della cosmologia, si basa su tre nuovi e solidi dati osservativi. Il principale di questi dati è stato ottenuto, non più di un anno fa, da un gruppo di astronomi diretto dall'italiano Paolo de Bernardis. Grazie alle osservazioni di strumenti montati su un banale pallone capace di raggiungere gli strati alti dell'atmosfera, Boomerang, il gruppo di de Bernardis ha dimostrato che viviamo in un universo "piatto". Il che significa, semplicemente, che la sua geometria è quella euclidea.
La teoria della relatività impone che uno spazio piatto, disegnato dalla geometria euclidea, debba avere una particolare densità di materia. Anzi, poiché la materia è equivalente all'energia, l'universo piatto deve avere una particolare densità di materia/energia. Per convenzione questa densità critica è chiamata omega, ed è posta uguale a 1. Da molti anni gli astronomi e i cosmologi, studiando alcune centinaia di galassie e cluster di galassie, trovano che la materia presente nello spazio intorno alla Via Lattea è, presente in quantità molto inferiore a quella della densità critica. Di più. La gran parte di questa rada materia è scura. Viene pesata dalle bilance gravitazionali usate dagli astronomi, ma risulta del tutto invisibile. Così invisibile, che alcuni dubitano che essa esista davvero e pensano che sia solo il frutto di un clamoroso errore di pesata.
La "2dF collaboration" di John Peacock consente di chiarire il quadro. Studiando non più poche centinaia di galassie in uno spicchio di cielo lungo 400 milioni di anni luce, come avevano fatto gli astronomi fino al mese scorso, ma oltre un centinaio di migliaia di galassie in uno spicchio di cielo profondo 3 miliardi di anni luce, il gruppo anglo-australiano ha confermato che la materia presente nel cosmo raggiunge circa il 30% della densità critica. E ha confermato che la materia ordinaria, quella barionica delle stelle e dei pianeti, la materia di cui siamo fatti noi per intenderci, non supera il 3% della densità critica.
Gli effetti della "Boomerang collaboration" e della "2dF collaboration" costituiscono altrettanti problemi. Forse i principali problemi della cosmologia scientifica.. Il primo problema riguarda il fatto che il 90% della materia presente nell'universo non solo è scura, invisibile ai nostri occhi e ai nostri strumenti. Ma è anche sconosciuta. Non sappiamo, di cosa sia fatta. Scoprire la consistenza di questa materia esotica è la sfida che impegna una nuova disciplina della fisica, la cosiddetta fisica delle astroparticelle. Gli studiosi di questa nuova branca della fisica e della cosmologia hanno molti candidati da proporre, ma non hanno ancora alcuna certezza.
Il secondo problema è ancora più intrigante e culturalmente più profondo. Se il nostro universo ha una densità critica uguale a 1, e se tutta la materia cosmica, anche quella esotica e sconosciuta, non riesce a spiegare che il 30% di questo valore, cosa contribuisce al restante 70% del peso universale? Non lo sappiamo. Al momento abbiamo un'unica spiegazione possibile. A dare di gran lunga il maggiore contributo al peso dell'universo non è la materia, ma l'energia. Ma non sappiamo dove sia e cosa possa generare tanta energia. L'unica fonte plausibile capace di generare una simile quantità di energia che riusciamo a immaginare è il vuoto.
Un vuoto particolare, quantistico. Un vuoto che non è il nulla, ma è un vuoto attivo. Capace di esercitare una pressione, di generare energia. Anzi di generare il 70% dell'energia cosmica.
Il vuoto che esercita una pressione è certo un'idea compatibile con la meccanica quantistica. Ma c'è una grande differenza, nel mondo della scienza, tra un'ipotesi plausibile che ben si inquadra nella teoria generale e una osservazione diretta. Fino a poco tempo fa, nessuno aveva avuto modo di osservare l'energia prodotta dal vuoto cosmico. E nessuno aveva preso in seria considerazione l'idea che l'energia del vuoto potesse costituire il 70% dell'energia dell'universo. All'inizio del mese di aprile, però, Adam G. Riess, dello Spacé Telescope Science Institute di Baltimora e un gruppo di suoi colleghi hanno giurato di avere tra le mani la prova dell'esistenza di questa energia. La prova è nascosta nella luce generata dall'esplosione di una stella supernova, la " 1997 FF", che ha impiegato oltre dieci miliardi di anni per raggiungere l'occhio, più che mai attivo, del telescopio spaziale Hubble. Riess e i suoi collaboratori hanno rilevato che la luminosità della " 1997 FF" risulta doppia rispetto a quella attesa. E ciò, per una serie di ragioni che è difficile riassumere, significa che l'universo da almeno dieci miliardi di anni si sta espandendo con velocità crescente. In realtà, già nel 1998 alcuni gruppi di scienziati avevano misurato un'accelerazione crescente nel moto di espansione dell'universo. Ma quei risultati erano troppo ambigui per poter essere considerati definitivi.
La supernova "1997 FF" ci fornisce oggi una nuova prova, più chiara e precisa, di questo strano fenomeno. Che può essere spiegato in un solo modo: deve esistere una fonte di energia nell'universo capace di vincere la forza di gravità e di dare una spinta continua alle galassie per farle allontanare sempre più velocemente l'una dall'altra. Ancora una volta, questa energia deve essere quella, quantistica, del vuoto.
Proviamo ora a riassumere. La collaborazione Boomerang ci dice che l'universo deve avere una certa quantità di materia/energia. La collaborazione "2dF" a metà marzo ci ha detto che la materia presente nell'universo, sia essa visibile che scura, copre solo il 30% di quella quantità, e quindi deve esistere una "energia scura" che costituisce il 70% della massa cosmica.
Adam Riess ci ha detto, che l'universo si sta espandendo a velocità crescente e che, responsabile di questa accelerazione, deve essere un'"energia scura" capace di generare una pressione negativa di "dare una spinta" alla materia cosmica. La pressione negativa di questa "energia scura" deve essere di segno opposto rispetto alla forza di attrazione gravitazionale che "costringe" la materia cosmica ad attrarsi e a precipitare su se stessa.
Tre osservazioni realizzate negli ultimi mesi, anzi negli ultimi giorni, concordano e sembrano, dunque, indicare nel vuoto quantistico la fonte di un'"energia scura" che non solo sarebbe l'energia prevalente nell'universo, ma anche l'energia capace di disegnare il destino cosmico.
Certo, non conosciamo ancora i meccanismi esatti con cui il vuoto quantistico riesce a far sentire tutto il suo peso sulla scena cosmica. Di certo lo scenario che Paolo de Bernardis, John Peacock e Adam Riess ci propongono è l'estrema rivoluzione copernicana.
Viviamo in un universo in cui la materia rappresenta un eccezione. Siamo fatti del tipo più raro di materia che esiste. E viviamo su un pianeta qualsiasi, di una stella qualsiasi, di una galassia qualsiasi che, armi insignificanti, costellano qui e là il corpo vuoto dell'universo. inizio pagina vedi anche
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