La costante di Hubble è il tasso di espansione dell’universo oggi. Le previsioni per questa velocità, dal modello standard della cosmologia, sono significativamente più lente della velocità trovata dalle nostre misurazioni locali più precise. Questa discrepanza è quella che molti cosmologi hanno cercato di risolvere cambiando il nostro attuale modello cosmologico.
La sfida è farlo senza rovinare l’accordo tra le previsioni del modello standard e molti altri fenomeni cosmologici, come il fondo cosmico a microonde. Determinare se esiste un tale scenario cosmologico è la domanda che i ricercatori, tra cui Francis-Yan Cyr-Racine, assistente professore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia presso l’Università del New Mexico, Fei Ge e Lloyd Knox presso l’Università della California, Davis hanno cercato di rispondere.
Secondo la NASA, la cosmologia è lo studio scientifico delle proprietà su larga scala dell’universo nel suo insieme. I cosmologi studiano concetti come materia oscura ed energia oscura e se esiste un universo o molti, a volte chiamato multiverso. La cosmologia coinvolge l’intero universo dalla nascita alla morte con misteri e intrighi ad ogni svolta.
Ora, Cyr-Racine, Ge e Knox hanno scoperto una proprietà matematica dei modelli cosmologici precedentemente inosservata che potrebbe, in linea di principio, consentire un tasso di espansione più rapido senza modificare a malapena le altre previsioni più accuratamente testate del modello cosmologico standard.
Hanno scoperto che un ridimensionamento uniforme dei tassi di caduta libera gravitazionale e del tasso di scattering fotone-elettroni lascia quasi invarianti la maggior parte delle osservabili cosmologiche adimensionali.
“Fondamentalmente, sottolineiamo che molte delle osservazioni che facciamo in cosmologia hanno una simmetria intrinseca nel ridimensionamento dell’universo nel suo insieme. Questo potrebbe fornire un modo per capire perché sembra esserci una discrepanza tra le diverse misurazioni del tasso di espansione dell’Universo .”
La ricerca, intitolata “Simmetria delle osservabili cosmologiche, un settore oscuro del mondo speculare e la costante di Hubble” è stata pubblicata di recente su Physical Review Letters.
Questo risultato apre un nuovo approccio alla riconciliazione del fondo cosmico a microonde e delle osservazioni della struttura su larga scala con valori elevati della costante di Hubble, trovare un modello cosmologico in cui la trasformazione in scala possa essere realizzata senza violare alcuna misura di quantità non protette dalla simmetria. Questo lavoro ha aperto un nuovo percorso verso la risoluzione di quello che si è rivelato un problema impegnativo.
Costante di Hubble e mondo speculare
Un’ulteriore costruzione di modelli potrebbe portare coerenza con i due vincoli non ancora soddisfatti: le abbondanze primordiali dedotte di deuterio ed elio. Se l’universo sta in qualche modo sfruttando questa simmetria, i ricercatori sono portati a una conclusione estremamente interessante: che esiste un universo specchio molto simile al nostro ma a noi invisibile se non per impatto gravitazionale sul nostro mondo.
Tale settore oscuro del “mondo specchio” consentirebbe un ridimensionamento efficace dei tassi di caduta libera gravitazionale rispettando la densità media dei fotoni misurata con precisione oggi. “In pratica, questa simmetria in scala potrebbe essere realizzata solo includendo un mondo speculare nel modello: un universo parallelo con nuove particelle che sono tutte copie di particelle conosciute”, ha affermato Cyr-Racine.
“L’idea del mondo specchio è nata per la prima volta negli anni ’90, ma in precedenza non è stata riconosciuta come una potenziale soluzione al problema della costante di Hubble.
“Questo potrebbe sembrare folle a prima vista, ma tali mondi speculari hanno una vasta letteratura di fisica in un contesto completamente diverso poiché possono aiutare a risolvere importanti problemi nella fisica delle particelle”, spiega Cyr-Racine. “Il nostro lavoro ci consente di collegare, per la prima volta, questa vasta letteratura a un importante problema della cosmologia”.
Oltre a cercare gli ingredienti mancanti nel nostro attuale modello cosmologico, i ricercatori si stanno anche chiedendo se questa costante discrepanza di Hubble possa essere causata in parte da errori di misurazione. Sebbene rimanga una possibilità, è importante notare che la discrepanza è diventata sempre più significativa man mano che nelle analisi sono stati inclusi dati di qualità superiore, suggerendo che i dati potrebbero non essere in errore.
“È andato da due Sigma e mezzo, a tre e tre e mezzo a quattro Sigma. Ormai siamo più o meno al livello di cinque Sigma”, ha detto Cyr-Racine. “Questo è il numero chiave che rende questo un vero problema perché hai due misurazioni della stessa cosa, che se hai un’immagine coerente del l’universo dovrebbe essere completamente coerente tra loro, ma differiscono di una quantità statisticamente significativa”.
“Questa è la premessa qui e abbiamo pensato a cosa potrebbe causarlo e perché queste misurazioni sono discrepanti? Quindi questo è un grosso problema per la cosmologia. Semplicemente non sembriamo capire cosa sta facendo l’universo oggi”.
