Che forma ha l’universo? Un nuovo studio suggerisce che abbiamo sbagliato tutto

Gli scienziati di Planck hanno notato l’effetto lente più grande del previsto anni fa; l’anomalia è apparsa in modo più evidente nella loro analisi finale della serie completa di dati, pubblicata l’anno scorso. Se l’universo è piatto, i cosmologi si aspettano che una misura di curvatura cada entro circa una “deviazione standard” di zero, a causa di fluttuazioni statistiche casuali nei dati. Ma sia il team Planck che gli autori del nuovo documento hanno trovato che i dati CMB deviano di 3,4 deviazioni standard. Supponendo che l’universo sia piatto, questo è un grande errore – circa equivalente a ottenere testa in un lancio della moneta 11 volte di fila, che accade meno dell’1% delle volte. Il team di Planck attribuisce la misurazione proprio a questo tipo di errore, o a qualche effetto non contabilizzato che offusca la luce CMB, imitando l’effetto della materia extra.

O forse l’universo è davvero chiuso. Di Valentino e coautori fanno notare che un modello chiuso risolve altri risultati anomali nella CMB. Per esempio, i ricercatori deducono i valori degli ingredienti chiave del nostro universo, come la quantità di materia ed energia oscura, misurando le variazioni di colore della luce CMB proveniente da diverse regioni del cielo. Ma curiosamente, ottengono risposte diverse quando confrontano piccole regioni del cielo e quando confrontano grandi regioni. Gli autori sottolineano che quando si ricalcolano questi valori assumendo un universo chiuso, non differiscono.

Will Kinney, un cosmologo dell’Università di Buffalo a New York, ha definito questo vantaggio del modello di universo chiuso “davvero interessante”. Ma ha notato che le discrepanze tra le variazioni su piccola e larga scala viste nella luce della CMB potrebbero essere facilmente fluttuazioni statistiche, o potrebbero derivare dallo stesso errore non identificato che potrebbe influenzare la misurazione delle lenti.

Ci sono solo sei di queste proprietà chiave che modellano l’universo, secondo la teoria standard della cosmologia, che è conosciuta come ΛCDM (dal nome dell’energia oscura, rappresentata dalla lettera greca Λ, o lambda, e materia oscura fredda). Con solo sei numeri, il ΛCDM descrive accuratamente quasi tutte le caratteristiche del cosmo. E il ΛCDM non prevede alcuna curvatura; dice che l’universo è piatto.

Il nuovo documento sostiene effettivamente che potremmo aver bisogno di aggiungere un settimo parametro al ΛCDM: un numero che descriva la curvatura dell’universo. Per la misurazione della lente, l’aggiunta di un settimo numero migliora l’adattamento ai dati.

Ma altri cosmologi sostengono che prima di prendere un’anomalia abbastanza seriamente da aggiungere un settimo parametro alla teoria, dobbiamo prendere in considerazione tutte le altre cose che il ΛCDM ha ragione. Certo, possiamo concentrarci su quest’unica anomalia – una moneta che esce testa 11 volte di seguito – e dire che qualcosa non va. Ma la CMB è una serie di dati così grande che è come lanciare una moneta centinaia o migliaia di volte. Non è troppo difficile immaginare che, così facendo, incontreremo una serie casuale di 11 teste. I fisici chiamano questo effetto “guarda altrove”.

Inoltre, i ricercatori notano che il settimo parametro non è necessario per la maggior parte delle altre misure. C’è un secondo modo di ricavare la curvatura spaziale dalla CMB, misurando le correlazioni tra la luce da serie di quattro punti nel cielo; questa misura di “ricostruzione della lente” indica che l’universo è piatto, senza bisogno del settimo parametro. Inoltre, le osservazioni indipendenti del sondaggio BOSS di segnali cosmologici chiamati oscillazioni acustiche dei barioni indicano anche la piattezza. Planck, nella loro analisi del 2018, ha combinato la loro misurazione delle lenti con queste altre due misurazioni ed è arrivato a un valore complessivo per la curvatura spaziale entro una deviazione standard di zero.

Di Valentino, Melchiorri e Silk pensano che mettere insieme questi tre diversi set di dati mascheri il fatto che i diversi set di dati non sono effettivamente d’accordo. “Il punto qui non è che l’universo sia chiuso”, ha detto Melchiorri via e-mail. “Il problema è l’incoerenza tra i dati. Questo indica che attualmente non esiste un modello di concordanza e che ci manca qualcosa”. In altre parole, il ΛCDM è sbagliato o incompleto.

Tutti gli altri ricercatori consultati per questo articolo pensano che il peso delle prove indichi che l’universo è piatto. “Date le altre misure”, ha detto Addison, “l’interpretazione più chiara di questo comportamento dei dati di Planck è che si tratta di una fluttuazione statistica. Forse è causata da qualche leggera imprecisione nell’analisi di Planck, o forse è completamente solo fluttuazioni di rumore o un caso casuale. Ma in entrambi i casi, non c’è davvero una ragione per prendere sul serio questo modello chiuso.”

Questo non vuol dire che non manchino dei pezzi nel quadro cosmologico. Il ΛCDM sembra prevedere un valore sbagliato per l’attuale tasso di espansione dell’universo, causando una controversia nota come il problema della costante di Hubble. Ma assumere che l’universo sia chiuso non risolve questo problema – infatti, l’aggiunta della curvatura peggiora la previsione del tasso di espansione. A parte la misura anomala di Planck, non c’è motivo di pensare che l’universo sia chiuso.

“Il tempo lo dirà, ma personalmente non sono terribilmente preoccupato per questo”, ha detto Kinney, riferendosi al suggerimento di curvatura nei dati CMB. “È di un tipo con anomalie simili che hanno dimostrato di essere vapore.”

Aggiornamento: 15 luglio 2020
Nuove misurazioni del fondo cosmico a microonde dall’Atacama Cosmology Telescope trovano che l’universo è piatto, con una densità corrispondente alla densità critica. “Non troviamo alcuna prova di deviazione dalla piattezza”, scrivono gli scienziati dell’ACT, “sostenendo l’interpretazione che la è una fluttuazione statistica.”

Corretto il 4 novembre 2019: la versione originale di questo articolo si riferiva al satellite BOSS. In realtà, l’indagine BOSS è stata condotta su un telescopio a terra.

Questo articolo è stato ristampato in spagnolo a Investigacionyciencia.es.