Il cosmo è un laboratorio unico per testare le leggi della fisica, in particolare quelle di Eulero ed Einstein. Eulero ha descritto i movimenti degli oggetti celesti, mentre Einstein il modo in cui questi riescono a distorcere l’Universo. Dalla scoperta della materia oscura e dall’accelerazione dell’espansione dell’Universo, la validità delle loro equazioni è stata messa alla prova: sono in grado di spiegare questi misteriosi fenomeni? Un team dell’Università di Ginevra (UNIGE) ha sviluppato il primo metodo per scoprirlo. Considera una misura mai usata prima: la distorsione temporale. I risultati sono stati pubblicati su Nature Astronomy.
Le teorie di Leonhard Euler (1707-1783) e Albert Einstein (1879-1955) hanno rivoluzionato la nostra comprensione dell’Universo. Con la famosa equazione che porta il suo nome, Eulero ha dato agli scienziati un potente strumento per calcolare i movimenti delle galassie nell’Universo. Con la sua teoria della relatività generale, Einstein ha dimostrato che l’Universo non è un quadro statico: può essere distorto da ammassi stellari e galassie.
I fisici hanno testato queste equazioni in tutti i modi, che finora si sono dimostrati efficaci. Tuttavia, due scoperte continuano a mettere alla prova questi modelli: l’accelerazione dell’espansione dell’Universo e l’esistenza della materia oscura invisibile, che si ritiene rappresenti l’85% di tutta la materia nel cosmo. Questi misteriosi fenomeni obbediscono comunque alle equazioni di Einstein ed Eulero? I ricercatori non sono ancora in grado di rispondere a questa domanda.
L’ingrediente mancante
“Il problema è che i dati cosmologici attuali non ci consentono di distinguere tra una teoria che speza le equazioni di Einstein e una che spezza l’equazione di Eulero. Questo è ciò che dimostriamo nel nostro studio. Presentiamo anche un metodo matematico per risolvere questo problema. Questo è il culmine di dieci anni di ricerca,” spiega Camille Bonvin, professore associato presso il Dipartimento di Fisica Teorica della Facoltà di Scienze dell’UNIGE e prima autrice dello studio.
I ricercatori non sono stati in grado di distinguere tra la validità di queste due equazioni ai confini dell’Universo perché mancava un “ingrediente”: la misurazione della distorsione temporale. “Fino ad allora, sapevamo solo come misurare la velocità degli oggetti celesti e la somma della distorsione del tempo e dello spazio. Abbiamo sviluppato un metodo per accedere a questa misurazione aggiuntiva, ed è la prima volta,” aggiunge Camille Bonvin.
Se la distorsione temporale non è uguale alla somma di tempo e spazio – cioè il risultato prodotto dalla teoria della relatività generale – significa che il modello di Einstein non funziona. Se la distorsione temporale non corrisponde alla velocità delle galassie calcolata con l’equazione di Eulero, significa che quest’ultima non è valida. “Questo ci consentirà di scoprire se nell’Universo esistano nuove forze o materia, che violano queste due teorie,” spiega Levon Pogosian, professore del Dipartimento di Fisica della Simon Fraser University, in Canada, e coautore dello studio.
Il banco di prova
Questi risultati daranno un contributo cruciale a diverse missioni il cui scopo è stabilire l’origine dell’espansione accelerata dell’Universo e la natura della materia oscura. Tra questi il telescopio spaziale EUCLID, che sarà lanciato nel luglio 2023 dall’Agenzia spaziale europea (ESA), in collaborazione con l’UNIGE, e il Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), che ha iniziato la sua missione quinquennale nel 2021 in Arizona. Da ricordare anche il progetto internazionale di radiotelescopio gigante SKA (Square Kilometer Array) in Sud Africa e Australia, che inizierà le osservazioni nel 2028/29.
“Il nostro metodo sarà integrato in queste diverse missioni. Questo è già il caso di DESI, di cui siamo diventati collaboratori esterni grazie a questa ricerca,” evidenzia Camille Bonvin. Il team di ricerca ha testato con successo il suo modello su cataloghi sintetici di galassie. La fase successiva prevederà la sperimentazione utilizzando i primi dati forniti dal DESI, nonché l’individuazione degli ostacoli e la minimizzazione delle caratteristiche sistematiche che potrebbero ostacolarne l’applicazione.
