Uno studio sulle lenti gravitazionali ha portato ad una nuova teoria sull’universo

Grazie ai dati del satellite Planck, un gruppo di scienziati italiani propone un modello di universo totalmente diverso da ciò che crediamo. 

Secondo gli autori dello studio, gli indizi di un nuovo universo sono da ricercare nel modo in cui la gravità curva la luce, in particolare in un effetto previsto dalla teoria della Relatività Generale.

La nuova ipotesi dell’universo

Una ricerca italiana mette in dubbio l’attuale modello cosmologico secondo il quale l’universo è piatto. Il nuovo studio propone, invece, il modello di un universo chiuso. Basato sui dati del satellite Planck dell’Agenzia Spaziale Europea e pubblicato sulla rivista Nature Astronomy, lo studio è firmato da Alessandro Melchiorri, dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e dell’Università Sapienza di Roma, Eleonora Di Valentino, dell’Università britannica di Manchester, e Joseph Silk, dell’Università Sorbona di Parigi. Prudente la risposta di parte della comunità scientifica, che ritiene opportune ulteriori analisi dei dati per la conferma del nuovo modello. Secondo gli autori dello studio, gli indizi di un universo chiuso sono da ricercare nel modo in cui la gravità curva la luce, in particolare nell’effetto previsto dalla teoria della Relatività Generale chiamato lente gravitazionale. Cauto il commento di Antonio Masiero, fisico teorico e vicepresidente dell’Infn, per il quale questo studio mostra ancora una volta l’enorme ricchezza di informazioni della più antica immagine che abbiamo del nostro universo. Si tratta dell’analisi di un gruppo limitato di dati, i cui risultati mettono in discussione l’intero impianto della teoria standard dell’origine e dell’evoluzione dell’universo. I risultati inducono alla cautela, e soprattutto richiamano alla necessità di avere molti nuovi dati a disposizione. La ricerca italiana è in prima linea su questa frontiera della conoscenza, sia come studio teorico che come partecipazione ai più significativi progetti internazionali, come lo stesso Planck e in futuro LiteBIRD, per lo studio della radiazione di fondo cosmica con esperimenti nello spazio.

Dal satellite Planck una nuova mappa dell’universo

Le lenti gravitazionali

Lente gravitazionale è qualsiasi corpo celeste che, per la massa elevatissima, esercita una forza di gravità tale da deviare la luce che gli passa accanto. L’ipotesi fu poi confermata durante un’eclissi totale di Sole: si videro, accanto al disco del Sole, stelle che non si sarebbero dovute vedere, perché nella realtà si trovavano dietro l’astro.  Come in un grande caleidoscopio o in una sala degli specchi, il gioco delle immagini dipende infatti da come noi siamo allineati con le sorgenti lontane. Ma le illusioni, in questo caso, non sono create da lastre di vetro o lamine di metallo, bensì dalla forza di gravità di stelle e galassie, perché la gravità agisce anche sui raggi di luce, deviandoli come fa una lente. Questi fenomeni, detti di lente gravitazionale, fino a trent’anni fa erano considerati curiosità teoriche. Oggi, invece, grazie a strumenti precisi come il telescopio spaziale Hubble e il telescopio Cfht, nelle Hawaii, ne sono stati localizzati a centinaia. Grazie al conteggio degli eventi di lenti gravitazionali all’interno di un certo volume del cosmo è possibile risalire, con i modelli cosmologici noti, alla struttura geometrica dell’universo. Lo studio statistico delle lenti permette anche di determinare il modo in cui la materia è distribuita nell’universo. Il cosmo non è infatti composto da ammassi di galassie immerse nello spazio vuoto. Assomiglia piuttosto a una spugna in cui, tra la materia, si trovano enormi bolle di vuoto. Lo ha stabilito uno studio sulla debole distorsione che questa rete produce sulle immagini delle galassie disseminate nello spazio.

Come funziona una lente gravitazionale (per esempio Abell 2218).

Effetti delle lenti gravitazionali

Il fatto che la gravità potesse deviare la luce l’aveva intuito già l’astronomo tedesco Johann Georg von Solder, nel 1801. Ma ciò che prima di lui era un’ipotesi, per Einstein fu certezza. Fu verificato per la prima volta nel 1919, in uno storico esperimento guidato da Arthur S. Eddington. La posizione delle stelle accanto al Sole, osservò Eddington durante un’eclisse, è leggermente alterata, perché la gravità della nostra stella devia i raggi di luce che le passano vicino. In pratica si tratta di un miraggio come quelli che avvengono nel deserto. La gravità del Sole non è sufficiente a creare effetti ottici spettacolari. La prima vera lente gravitazionale fu osservata e riconosciuta solo nel 1979 dall’astronomo Dennis Walsh. Egli vide due quasar vicine e apparentemente uguali, una delle quali era accanto all’immagine di una galassia. Walsh capì che, in realtà, si trattava di due immagini della stessa quasar, che lo raggiungevano attraverso due cammini ottici diversi: uno diretto, e uno deviato dalla gravità della galassia. Come una brava lente ottica, anche una lente gravitazionale ingrandisce le immagini. E le rende decine, talvolta centinaia di volte più luminose. Le lenti gravitazionali sono astigmatiche e quindi distorcono molto le immagini e non focalizzano in un solo punto i raggi che le raggiungono. Più che a una lente normale, una lente gravitazionale si può perciò paragonare a un calice pieno d’acqua. Oltre a distorcere, le lenti fanno anche ruotare le immagini. Un effetto che è utile per ricostruire le proprietà della lente. Quando si fa un modello teorico di una lente gravitazionale bisogna tenere conto di tutti i fattori, e soprattutto di distorsione, ingrandimento e rotazione che subiscono tutte le immagini multiple di una stella lontana. È così possibile dedurre in maniera molto precisa, con un’incertezza del 10-20%, la quantità di materia presente nella lente.

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