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Global Lensing Observations to go Beyond Einstein

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Scrutare i cieli alla ricerca di buchi nella teoria della relatività generale di Einstein

La nostra comprensione della fisica fondamentale e della gravità può spiegare solo il 5 % dell’universo. Il progetto GLOBE ha esaminato in profondità milioni di galassie lontane per vedere se si potevano trovare discrepanze.

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La teoria della relatività generale di Einstein descrive la natura della gravità, delineando perfettamente il movimento dei corpi astronomici nel nostro sistema solare. Eppure non riesce a spiegare le galassie a meno che non siano tenute insieme da una massa invisibile, chiamata materia oscura. Inoltre, non può spiegare l’apparente espansione accelerata dell’universo senza invocare la presenza di un’oscura fonte di energia. L’origine di entrambe le entità oscure nell’universo rimane sconosciuta. «La fisica fondamentale può spiegare solo una piccola parte dell’universo», osserva la coordinatrice del progetto Catherine Heymans. Il progetto GLOBE, finanziato dall’UE: «Ha concentrato l’attenzione sull’utilizzo di dati di rilevanza mondiale per definire se il superamento del modello di Einstein con un nuovo modello di gravità potrebbe fornire una spiegazione alternativa convincente all’universo oscuro».

Una teoria incompleta

Heymans afferma che in precedenza questo sarebbe stato considerato «eresia». Eppure, nonostante decenni di ricerche, nessuno ha ancora trovato una particella di materia oscura, né negli esperimenti sui supercollisori né nelle trappole allo xenon liquido. L’origine dell’energia oscura rimane ancora più sfuggente, spingendo gli astrofisici come Heymans a chiedersi se la teoria della gravità di Einstein possa essere incompleta. «È la teoria collaudata meglio sulla Terra: la navigazione satellitare non funzionerebbe se fosse sbagliata», aggiunge Heymans. «Ma la Terra è uno spazio piuttosto strano. La maggior parte dell’universo è vuoto: esistono enormi vuoti tra le galassie e forse la gravità funziona in modo diverso lì». Heymans e il suo team dell’Università di Edimburgo hanno adottato un duplice approccio per sfidare la prevalente teoria della gravità. I dati principali sono stati generati dall’Osservatorio australe europeo utilizzando il telescopio di ricognizione VST nel Paranal, in Cile. Questo progetto Kilo-Degree Survey (KiDS) è stato considerato così importante che le sue misurazioni avevano la priorità ogni qualvolta l’osservatorio sperimentava condizioni meteorologiche perfette. KiDS ha mappato un quinto del cielo nello spettro visibile, dalla luce blu al vicino infrarosso, sondando galassie fino a 10 miliardi di anni luce di distanza. Il team di GLOBE ha quindi cercato qualsiasi prova di luce distorta da anomalie gravitazionali durante il suo percorso verso la Terra. «Abbiamo esaminato 30 milioni di galassie e utilizzato quei dati per mappare la posizione della materia oscura nel nostro universo», afferma Heymans. «Possiamo usare questi dati per testare direttamente la teoria di Einstein sul modo in cui la massa curva lo spazio e il tempo». Questi dati sono stati combinati con un secondo set di dati che ha mappato il movimento delle galassie in regioni piene di materia oscura.

Le stelle si allineano

Il team ha constatato che i suoi dati sono coerenti con le previsioni di Einstein. «Siamo giunti alla conclusione che è molto difficile infrangere la teoria di Einstein. Se la materia oscura e l’energia oscura esistono, la relatività generale funziona davvero bene in tutto l’universo», osserva Heymans, sostenendo, tuttavia, che è importante continuare a verificarla. «Non si può mai dimostrare una teoria, si può solo smentirla!» Un nuovo telescopio attualmente in costruzione in Cile, l’Osservatorio Vera Rubin da 8,4 m, contribuirà a portare avanti questi sforzi. Nel giro di poche settimane, sarà in grado di raccogliere gli stessi dati accumulati dal progetto GLOBE in 7 anni. Tutta la metodologia e le tecniche sviluppate dal progetto GLOBE saranno utilizzate per questo telescopio molto più potente. «Il fatto che la nostra attuale comprensione della fisica non possa spiegare l’energia oscura o la materia oscura significa che ci manca qualcosa di abbastanza rilevante», conclude Heymans. «Molti ritengono che sia necessaria una rivoluzione nella fisica affinché riusciamo a comprenderla definitivamente».

Parole chiave

GLOBE, relatività, Einstein, gravità, energia, materia oscura, galassie

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