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Cos’è l’energia oscura?

by Adriana Carelli
Universo in espansione

Introduzione

Dagli sviluppi dell’astronomia sappiamo che la materia ordinaria forma le stelle e le galassie che illuminano il cielo notturno, ma oltre a questa c’è anche la , che è formata da particelle che non emettono luce. La è stata rilevata a causa della sua forza di gravità. Poco tempo fa però, gli astronomi hanno scoperto anche una forma di energia che può essere generata dallo spazio vuoto. Questa forma di energia è stata chiamata perché i cosmologi non sanno esattamente di cosa si tratti e le ricerche sono ancora in fase di sviluppo.

Inizio

Negli anni ’20 Hubble scoprì che l’ non era statico ma in espansione. Se l’ fosse stato statico la gravità avrebbe già riunito tutte le galassie, la sua espansione spiega invece il perché questo non è avvenuto. All’inizio dei tempi, l’ che conosciamo adesso doveva essere stato confinato in un posto molto piccolo, pari alla grandezza di un atomo. Da questo concentrato di energia e materia si è poi generato il Big Bang. Misurando il ritmo di espansione delle galassie, con un calcolo a ritroso gli scienziati hanno potuto datare l’inizio dei tempi e del Big Bang.

Il telescopio Hubble

Il telescopio spaziale Hubble nel 1990 iniziò le esplorazioni e arrivò ai confini della Via Lattea dove osservò la costellazione di Centauros nella quale si trova la galassia a spirale M83. Questa  galassia è importante perché è la più vicina alla Via Lattea infatti la sua distanza da noi è “solo” 15 milioni di anni luce. Dalle misurazioni effettuate si è notato che questa galassia si sta allontanando da noi ad una velocità di 500 km/s. Oltre a questa, più lontane, ci sono altre migliaia di galassie che si comportano allo stesso modo. Il telescopio Hubble in seguito ha trovato una gigantesca galassia ellittica circondata a molte galassie più piccole. Quest’ultima galassia invece, che è molto più lontana di M83, si sta allontanando da noi ad una velocità di 10.000 km/s. La conclusione degli astronomi, dopo queste osservazioni sperimentali, è che se più una galassia è lontana da noi, più si allontanerà velocemente. Bisogna però scoprire il motivo.

Con il lancio del telescopio Hubble si è risolto il problema del calcolo della distanza delle galassie, perché si sono potute ottenere molte informazioni che da Terra non è possibile ricavare, ma si è notato anche la presenza dell’energia oscura. Gli astronomi durante le prime osservazioni, cercavano non solo stelle ma in particolare volevano individuare le variabili cefeidi. Queste ultime pulsano con un ciclo regolare, questo permette al telescopio di capire sia quanta luce emana sia a che distanza si trova. Da queste variabili cefeidi si è potuto ricavare la distanza di tutte le galassie e la velocità di allontanamento delle stesse. Conoscendo il fattore di espansione si è in grado di determinare quando tutto ha avuto inizio. I risultati iniziali però furono discordanti. Da questi calcoli risulta infatti un universo vecchio di 12 miliardi di anni, mentre le età delle nane bianche presenti nelle galassie si è ricavato che avessero più di 12 miliardi di anni. Allora i cosmologi hanno compiuto ulteriori osservazioni tra cui l’esplosione di una supernova in una galassia lontanissima. Con questi nuovi calcoli si è visto che l’universo esiste da 13,8 miliardi di anni ed è in continua espansione e la la velocità di espansione è aumentata nel tempo. Il fatto che l’universo sia in accelerazione è stato imputato alla presenza dell’energia oscura.

Saul Perlmutter  insieme Brian P. Schmidt e Adam Riess che scoprirono l’accelerazione dell’universo, vinsero il premio nobel nel 2011.

Cos’è l’energia oscura

L’energia oscura è una ipotetica forma di energia non direttamente rilevabile diffusa omogeneamente nello spazio, che potrebbe giustificare, tramite una grande pressione negativa, l’espansione accelerata dell’universo e altre evidenze sperimentali.

Si stima che debba rappresentare una gran parte, circa il 68%, della massa-energia dell’universo, la cui quota che sfuggirebbe agli attuali metodi di rilevazione salirebbe a circa il 95% comprendendo anche la materia oscura.

Energia oscura

Distribuzione di energia oscura e materia oscura

Le due principali forme ipotizzate di energia oscura sono la costante cosmologica e la quintessenza.

La costante cosmologica era stata introdotta da Einstein in un epoca in cui si pensava all’universo stazionario. Einstein inserisce la costante nell’equazione di campo della teoria della relatività generale per compensare la gravità, ma in seguito, quando si venne a sapere che l’universo non è statico ma è in espansione lui la definì “il mio più grande errore”. Adesso la costante cosmologica ha assunto un nuovo ruolo per tentare di spiegare l’espansione dell’universo.

Alcuni scienziati ritengono che l’energia oscura sia il risultato di una forza della natura non ancora scoperta, chiamata quintessenza. La quintessenza è considerata come la quinta forza fondamentale della natura. Si suppone possa essere attrattiva o repulsiva, in particolare ha iniziato ad essere sicuramente repulsiva circa 10 miliardi di anni fa.

Un’altra ipotesi è che la costante cosmologica non è costante e potrebbe accelerare e potrebbe in ultima istanza, superare tutte le altre forze e disgregare le stelle, le galassie e alla fine gli atomi. Questo scenario è chiamato Big Rip.

L’ipotesi del Big Rip

La chiave della teoria è nell’ammontare di energia oscura nell’Universo. Se l’energia oscura fosse superiore a un certo valore, tutta la materia verrebbe, alla fine, fatta letteralmente a pezzi.

Il valore da considerare è w ossia il rapporto tra la pressione dell’energia oscura e la sua densità. Se w < −1 l’Universo verrà alla fine frantumato. Il conto alla rovescia sarebbe catastrofico: prima le galassie verrebbero separate le une dalle altre, poi la gravità sarebbe troppo debole per tenerle assieme e le stelle si separerebbero. Circa tre mesi prima della fine, i pianeti si separerebbero dalle stelle. Negli ultimi minuti, le stelle e i pianeti sarebbero disintegrati, e gli atomi verrebbero distrutti in una frazione di secondo prima della fine. In seguito, l’Universo sarebbe ridotto a una serie di particelle elementari isolate le une dalle altre, in cui ogni attività sarebbe impossibile. Poiché ogni particella sarebbe impossibilitata a vedere le altre, in un certo senso l’Universo osservabile si ridurrebbe effettivamente a zero.

Le ricerche in corso

Un team di scienziati statunitensi alla fine del 2013 ha avviato un’indagine sull’energia oscura. E’ stata messa una telecamera su un telescopio in Cile per cercare tracce dell’energia oscura. Lo scopo è vedere come è cambiata nel tempo l’espansione dello spazio. Gli scienziati sperano di misurare almeno 300 milioni di galassie in 5 anni. In Canada invece, vogliono, tramite le onde radio, studiare le nubi interstellari per poter giungere a risultati simili a quelli del Cile. L’agenzia spaziale europea ha progettato appositamente un telescopio spaziale Euclide, che potrebbe essere lanciato nel 2020. La Nasa sta progettando un suo telescopio per lo studio della materia oscura, il cui lancio è previsto nel 2024. Conoscere la materia oscura è diventato una priorità per gli astronomi, mentre vent’anni fa non si conosceva nemmeno l’esistenza.

Video:

 

Riferimenti:

https://it.wikipedia.org/wiki/Energia_oscura

https://it.wikipedia.org/wiki/Variabile_Cefeide

Immagine di copertina:

Di Szczureq – Opera propria, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=25394893

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