Tutto ciò che pensiamo di sapere sulla forma dell'universo potrebbe essere sbagliato. Invece di essere piatto come un lenzuolo, il nostro universo potrebbe essere curvo, come un enorme palloncino gonfiato, secondo un nuovo studio.
Questo è il risultato di un nuovo articolo pubblicato oggi (4 novembre) sulla rivista Nature Astronomy, che esamina i dati dal fondo cosmico a microonde (CMB), la debole eco del Big Bang. Ma non tutti sono convinti; le nuove scoperte, basate su dati rilasciati nel 2018, contraddicono entrambi gli anni di saggezza convenzionale e un altro studio recente basato su quello stesso set di dati CMB.
Se l'universo è curvo, secondo il nuovo documento, si curva delicatamente. Quella lenta flessione non è importante per muoversi nelle nostre vite, o nel sistema solare, o anche nella nostra galassia. Ma viaggia oltre tutto questo, al di fuori del nostro vicinato galattico, lontano nella profonda oscurità, e alla fine, muovendoti in linea retta, tornerai indietro e finirai proprio dove hai iniziato. I cosmologi chiamano questa idea "universo chiuso". È in circolazione da un po ', ma non si adatta alle teorie esistenti su come funziona l'universo. Quindi è stato in gran parte respinto a favore di un "universo piatto" che si estende senza confini in ogni direzione e non gira intorno a se stesso. Ora, un'anomalia nei dati della migliore misurazione di sempre della CMB offre prove solide (ma non assolutamente conclusive) che l'universo è chiuso dopo tutto, secondo gli autori: la cosmologa dell'Università di Manchester Eleonora Di Valentino, il cosmologo della Sapienza Università di Roma Alessandro Melchiorri e il cosmologo della Johns Hopkins University Joseph Silk.
La differenza tra un universo chiuso e un universo aperto è un po' come la differenza tra un foglio piatto allungato e un palloncino gonfiato, ha detto Melchiorri a Live Science. In entrambi i casi, l'intera faccenda si sta espandendo. Quando il foglio si espande, ogni punto si allontana da ogni altro punto in linea retta. Quando il palloncino viene gonfiato, ogni punto sulla sua superficie si allontana da ogni altro punto, ma la curvatura del palloncino rende più complicata la geometria di quel movimento.
"Ciò significa, ad esempio, che se hai due fotoni e viaggiano in parallelo in un universo chiuso, [alla fine] si incontreranno", ha detto Melchiorri.
In un universo aperto e piatto, i fotoni, lasciati indisturbati, viaggerebbero lungo i loro percorsi paralleli senza mai interagire.
Il modello convenzionale dell'inflazione dell'universo, ha detto Melchiorri, suggerisce che l'universo dovrebbe essere piatto. Riavvolgi l'espansione dello spazio fino all'inizio, al primo 0,0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 E la fisica di quell'espansione superveloce punta a un universo piatto. Questa è la prima ragione per cui la maggior parte degli esperti crede che l'universo sia piatto, ha detto. Se l'universo non è piatto, devi "mettere a punto" la fisica di quel meccanismo primordiale per far sì che tutto si adatti insieme e rifare innumerevoli altri calcoli nel processo, ha detto Melchiorri.
Ma questo potrebbe finire per essere necessario, hanno scritto gli autori nel nuovo studio.
Questo perché c'è un'anomalia nella CMB. La CMB è la cosa più antica che vediamo nell'universo, fatta di luce ambientale a microonde che permea tutto lo spazio quando si bloccano le stelle e le galassie e altre interferenze. È una delle più importanti fonti di dati sulla storia e sul comportamento dell'universo, perché è così vecchio e così diffuso nello spazio. E si scopre, secondo gli ultimi dati, che c'è significativamente più "lente gravitazionale" della CMB del previsto, il che significa che la gravità sembra piegare le microonde della CMB più di quanto la fisica esistente possa spiegare.
I dati a cui il team sta attingendo provengono da una versione del 2018 dell'esperimento Planck, un esperimento dell'Agenzia spaziale europea (ESA) per mappare la CMB in modo più dettagliato che mai. (I nuovi dati saranno pubblicati in un prossimo numero della rivista Astronomy & Astrophysics e sono ora disponibili sul sito web dell'ESA. Sia Di Valentino che Melchiorri hanno fatto parte di questo sforzo.)
Per spiegare questa lente extra, la Collaborazione Planck ha appena affrontato una variabile extra, che gli scienziati chiamano "A_lens", al modello del gruppo della formazione dell'universo, "Questo è qualcosa che metti lì a mano, cercando di spiegare ciò che vedi. Non c'è connessione con la fisica", ha detto Melchiorri, il che significa che non c'è A_lens parametro nella teoria della relatività di Einstein. "Quello che abbiamo scoperto è che puoi spiegare A_lens con un universo curvato positivamente, che è un'interpretazione molto più fisica che puoi spiegare con la relatività generale".
Melchiorri ha sottolineato che l'interpretazione della sua squadra non è conclusiva. Secondo i calcoli del gruppo, i dati di Planck puntano a un universo chiuso con una deviazione standard di 3,5 sigma (una misurazione statistica che significa circa il 99,8% di fiducia che il risultato non sia dovuto al caso casuale). Questo è ben al di sotto dei 5 sigma standard che i fisici di solito cercano prima di chiamare un'idea confermata.
Ma alcuni cosmologi hanno detto che c'erano ancora più motivi per essere scettici.
Andrei Linde, un cosmologo della Stanford University, ha detto a Live Science che l'articolo di Nature Astronomy non ha tenuto conto di un altro importante documento, pubblicato sul database arXiv il 1 ° ottobre. (Quell'articolo non è ancora stato pubblicato in una rivista peer reviewed.)
In quel documento, i cosmologi dell'Università di Cambridge George Efstathiou e Steven Gratton, che hanno entrambi lavorato alla Planck Collaboration, hanno esaminato un sottoinsieme di dati più ristretto rispetto al documento di Nature Astronomy. La loro analisi ha anche supportato un universo curvo, ma con molta meno fiducia statistica di Di Valentino, Melchiorri e Silk hanno trovato guardando un segmento più ampio dei dati di Planck. Tuttavia, quando Efstathiou e Graton hanno esaminato i dati insieme ad altri due set di dati esistenti dall'universo primordiale, hanno scoperto che nel complesso, le prove puntavano verso un universo piatto.
Alla domanda sulla carta efstathiou e Gratton, Melchiorri ha elogiato l'attento trattamento del lavoro. Ma ha detto che l'analisi del duo si basa su un segmento troppo piccolo dei dati di Planck. E ha sottolineato che la loro ricerca si basa su una versione modificata (e, in teoria, migliorata) dei dati di Planck, non sul set di dati pubblici che più di 600 fisici avevano controllato.
Linde indicò quella rianalisi come un segno che l'articolo di Efstathiou e Gratton era basato su metodi migliori.
Efstathiou ha chiesto di non essere citato direttamente, ma ha sottolineato in una e-mail a Live Science che se l'universo fosse curvo, solleverebbe una serie di problemi, contraddicendo quegli altri set di dati dell'universo primordiale e rendendo molto peggiori le discrepanze nel tasso di espansione osservato dell'universo. Gratton ha detto di essere d'accordo.
Melchiorri concordò anche sul fatto che il modello dell'universo chiuso avrebbe sollevato una serie di problemi per la fisica.
"Non voglio dire che credo in un universo chiuso", ha detto. "Sono un po' più neutrale. Direi, aspettiamo i dati e cosa diranno i nuovi dati. Quello che credo è che ora c'è una discrepanza, che dobbiamo stare attenti e cercare di trovare ciò che sta producendo questa discrepanza".
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