Quel che non conosciamo

Alcuni giorni fa, come ho già scritto su Doc Madhattan, su Nature Astronomy è stato pubblicato un articolo di un team di ricercatori italiani dal titolo inequivocabile: Planck evidence for a closed Universe and a possible crisis for cosmology⁽⁶⁾. Possiamo considerarlo come uno dei primi articoli scientifici che prende in seria considerazione un concetto che era stato per ora solo espresso a denti stretti da astronomi e cosmologi: c'è una crisi nella cosmologia.
Il modello cosmologico standard, basato sull'inflazione cosmica⁽²⁾ e su costanti empiriche che valutano grandezze fisiche ignote come materia ed energia oscure, per quanto molto ben verificato, non ha ancora superato l'ultimo step: la rilevazione delle onde gravitazionali nella radiazione cosmica di fondo. Uno dei punti fondamentali di questo modello, ma anche di molti dei modelli concorrenti sopravvissuti, è l'espansione accelerata dello spaziotempo a velocità superiori a quella della luce che spiega la piattezza dell'universo primordiale.
Tale piattezza emerge in particolare quando si studia la radiazione cosmica di fondo, ovvero l'energia residua dell'espansione iniziale dello spaziotempo. Tale radiazione è giunta fino a noi dal punto in cui è stata prodotta, poco meno di 14 miliardi di anni fa, attraversando tutto l'universo. Questo vuol dire che nel segnale rilevato devono essere presenti anche effetti di lente gravitazionale⁽¹⁾ dovuti alla quantità di materia, usuale e oscura, presente nell'universo. Tali effetti sono da tempo noti e calcolati⁽⁴⁾ e si possono già osservare nell'immagine prodotta da Planck⁽⁵⁾.

Effetto di lente gravitazionale sulla radiazione cosmica di fondo - via ESA

Il team italiano, dopo aver esaminato i dati di Planck per testare gli effetti di lente gravitazionale, non solo ha rilevato che le distorsioni prodotte sono superiori rispetto alle attese, ma si è anche spinta nell'affermare che tale discrepanza sarebbe più facilmente spiegabile con un modello di universo chiuso⁽⁶⁾, o per dirla in termini visivi con un universo a forma di sfera.
Secondo gli autori ciò introdurrebbe una crisi nella cosmologia⁽⁶⁾, crisi che però è già in atto a causa della discrepanza tra la costante di Hubble misurata a partire dalla CMB e quella misurata utilizzando l'universo osservabile.
Il risultato, per ora, è preso con il dovuto scetticismo, come evidente dalle parole di David Spergel della Princeton University:

It's a really important claim, but I'm not sure it's one that's backed by the data. In fact, I'd say the evidence is actually against it.

Ciò che a me preme ricordare in questo momento è che l'universo osservabile, incluso quello "fotografato" dalla CMB, è solo una piccola porzione dell'universo intero, come deducibile facilmente dal modello inflazionario, quindi un universo osservabile con geometria piatta non implica che l'universo intero abbia una geometria piatta, senza dimenticare che esistono in matematica moltissime superifici tridimensionali chiuse con geometria piatta⁽³⁾.
Pur cui l'unica conclusione sensata, che in qualche modo è nota da tempo, è che entrambi i nostri modelli standard, sia quello cosmologico sia quello delle particelle elementari, hanno bisogno di ulteriori elementi per fornirci una comprensione un po' più precisa dell'universo. O forse andrebbero semplicemente ripensati.

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1. La lente gravitazionale è un effetto fisico dovuto alla presenza di grandi masse tra noi e la sorgente di luce in grado di curvare il percorso dei fotoni in un modo similare a quanto fanno le lenti ottiche.
   Leggi anche:
   Perlick, V. (2004). Gravitational lensing from a spacetime perspective. Living reviews in relativity, 7(1), 9. doi:10.12942/lrr-2004-9 ↩
2. A. H. Guth, The Inflationary Universe: A Possible Solution to the Horizon and Flatness Problems, Phys. Rev. D 23, 347 (1981). ↩
3. Conway, J. H., & Rossetti, J. P. (2003). Describing the platycosms. arXiv preprint arXiv:math/0311476 ↩
4. Lewis, A., & Challinor, A. (2006). Weak gravitational lensing of the CMB. Physics Reports, 429(1), 1-65. doi:10.1016/j.physrep.2006.03.002 (arXiv) ↩
5. Planck Collaboration (2018). Planck 2018 results. VIII. Gravitational lensing. arXiv preprint arXiv:1807.06210 ↩
6. Di Valentino, E., Melchiorri, A., & Silk, J. (2019). Planck evidence for a closed Universe and a possible crisis for cosmology. Nature Astronomy, 1-8. doi:10.1038/s41550-019-0906-9 ↩↩↩