La gravità funziona in modo diverso sulla scala dell’universo?
Fin dagli anni Trenta, i cosmologi sanno che l’universo si sta espandendo, un fenomeno che corrisponde alla teoria della relatività generale di Einstein. Nel 1998, tuttavia, si scoprì che questa espansione sta accelerando, anche se il motivo non è chiaro. Ciononostante, la scienza ha individuato una serie di possibilità: una è l’esistenza nell’universo dell’energia oscura, che possiede proprietà ancora inspiegate; l’altra è legata alla scarsa comprensione della gravità a distanze molto grandi, oltre la scala delle galassie, ovvero in casi in cui la teoria della relatività generale di Einstein potrebbe non valere. «Una domanda fondamentale che si pongono i cosmologi è quale sia l’approccio corretto», spiega Camille Bonvin, coordinatrice del progetto LSSgrav dell’Università di Ginevra(si apre in una nuova finestra) in Svizzera. «Il mio obiettivo nel progetto LSSgrav era sviluppare nuovi modi per mettere ala prova le regole della gravità su distanze molto grandi.»
La struttura dell’universo su ampia scala
Per raggiungere tali obiettivi, Bonvin, che ha ricevuto il sostegno del Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), ha esaminato la struttura su larga scala dell’universo. Uno degli elementi principali su cui si è soffermata è la distribuzione delle galassie, che vengono trascinate in ammassi e strutture cosmiche dalla gravità. Un punto chiave è che non siamo in grado di vedere le galassie esattamente come sono, ma la luce è distorta a causa di vari fattori, ad esempio se la galassia si trova in un ammasso denso. «Mentre i cosmologi tendono a vedere questa distorsione come una contaminazione delle misure, il mio approccio è stato quello di considerarla non un rumore, ma un segnale», osserva Bonvin. «Infatti, se riusciamo a dedurre la distorsione dello spazio e del tempo dalla distribuzione delle galassie, possiamo usarla per mettere alla prova le leggi della gravità.»
Una mappa della materia oscura nell’Universo
Bonvin ha lavorato a un compito non facile: lo sviluppo di metodi per misurare queste distorsioni, realizzando nuovi metodi osservazionali per isolare e potenziare questi effetti. «Quando eseguiamo test di questo tipo, dobbiamo sempre fare attenzione», spiega. «Sappiamo che ci manca qualcosa, ovvero la materia oscura che sappiamo essere presente nell’universo, ed è difficile fare una distinzione in questo caso. Se c’è qualche anomalia, è dovuta a un errore nella teoria della relatività generale o al comportamento insolito della materia oscura?» Bonvin ha così applicato la sua nuova tecnica di osservazione a dati sintetici, che imitano ciò che misureranno le indagini di nuova generazione, riuscendo a dimostrare che è possibile distinguere tra gravità e materia oscura. «Abbiamo dimostrato che possiamo testare la teoria della gravità confrontando la distorsione del tempo con quella dello spazio, per scoprire se sono uguali o meno», spiega l’autrice. «La teoria ci dice che queste distorsioni dovrebbero essere le stesse. Se non lo sono, significa che la teoria della relatività generale di Einstein non è corretta su distanze cosmologiche.»
Distorsione del tempo e dello spazio
I risultati positivi di questo nuovo approccio aprono nuovi modi di pensare. «Dobbiamo sempre fare attenzione alle ipotesi che proponiamo», aggiunge Bonvin. «Dobbiamo accettare che ci sono molte incognite. Questo approccio osservativo consiste nell’apportare le informazioni necessarie per fare delle distinzioni.» Bonvin intende proseguire questa linea di ricerca, applicando il suo approccio alla nuova generazione di dati attualmente raccolti, per condurre test e contribuire a discriminare tra gravità, energia oscura e materia oscura. Il suo lavoro potrebbe aiutare a rispondere a una serie di domande cosmologiche, ad esempio perché l’espansione dell’universo sta accelerando.