I ricercatori di Cambridge hanno scoperto un nuovo modo per misurare l’energia oscura

I ricercatori dell’Università di Cambridge hanno scoperto un nuovo modo per misurare l’energia oscura – la forza misteriosa che costituisce più di due terzi dell’universo ed è responsabile della sua espansione accelerata – nel nostro cortile cosmico.

I ricercatori hanno scoperto che potrebbe essere possibile rilevare e misurare l’energia oscura studiando Andromeda, il nostro vicino galattico che è in lenta rotta di collisione con la galassia. via Lattea.

Da quando è stata identificata per la prima volta alla fine degli anni ’90, gli scienziati hanno utilizzato galassie molto distanti per studiare l’energia oscura, ma non l’hanno ancora rilevata direttamente. Tuttavia, i ricercatori di Cambridge hanno scoperto che studiando come la galassia di Andromeda e la Via Lattea si muovono l’una verso l’altra date le loro masse collettive, possono porre un limite superiore al valore della costante cosmologica, il modello più semplice dell’energia oscura. Il limite superiore che hanno trovato è cinque volte superiore al valore della costante cosmologica che può essere rilevata dall’universo primordiale.

Sebbene questa tecnologia sia ancora in una fase iniziale di sviluppo, i ricercatori affermano che è possibile rilevare l’energia oscura studiando il nostro vicinato cosmico. I risultati sono riportati in IL Lettere del diario astrofisico.

Tutto ciò che possiamo vedere nel nostro universo e nel cielo – dai minuscoli insetti alle enormi galassie – costituisce solo il 5% dell’universo osservabile. Il resto è oscuro: gli scienziati ritengono che circa il 27% dell’universo sia costituito da materia oscura, che tiene insieme le cose, mentre il 68% è energia oscura, che separa le cose.

“L’energia oscura è un nome generico per una famiglia di modelli che possono essere aggiunti alla teoria della gravità di Einstein”, ha affermato il primo autore, il dottor David Benisti del Dipartimento di Matematica Applicata e Fisica Teorica. “La versione più semplice di questo è conosciuta come costante cosmologica: una densità di energia costante che allontana le galassie l’una dall’altra”.

Einstein aggiunse temporaneamente la costante cosmologica alla sua teoria della relatività generale. Dagli anni ’30 agli anni ’90, la costante cosmologica fu fissata a zero, finché non si scoprì che una forza sconosciuta – l’energia oscura – stava accelerando l’espansione dell’universo. Ci sono almeno due grossi problemi con l’energia oscura: non sappiamo esattamente cosa sia e non l’abbiamo rilevata direttamente.

Da quando è stata identificata per la prima volta, gli astronomi hanno sviluppato una varietà di metodi per rilevare l’energia oscura, la maggior parte dei quali prevede lo studio di oggetti dell’universo primordiale e la misurazione della velocità con cui si allontanano da noi. Svelare gli effetti dell’energia oscura miliardi di anni fa non è facile: poiché è una forza debole tra le galassie, l’energia oscura viene facilmente sopraffatta da forze molto più forti all’interno delle galassie.

Tuttavia, esiste una regione dell’universo che è sorprendentemente sensibile all’energia oscura, e si trova nel nostro cortile cosmico. La Galassia di Andromeda è la parente più stretta della nostra Via Lattea e le due galassie sono in rotta di collisione. Man mano che si avvicineranno, le due galassie inizieranno a orbitare l’una intorno all’altra, molto lentamente. Un’orbita richiederà 20 miliardi di anni. Tuttavia, a causa delle enormi forze gravitazionali, molto prima che un’orbita venga completata, tra circa cinque miliardi di anni, le due galassie inizieranno a fondersi e a cadere l’una nell’altra.

“Andromeda è l’unica galassia che non ci sfugge, quindi studiandone la massa e il movimento, potremmo essere in grado di arrivare ad alcune determinazioni sulla costante cosmologica e sull’energia oscura”, ha detto Benisti, che è anche ricercatore associato ad Harvard. Università. Queens College.

Utilizzando una serie di simulazioni basate sulle migliori stime disponibili delle masse delle due galassie, Benisti e i suoi coautori – la professoressa Anne Davies del DAMTP e il professor Wayne Evans dell’Istituto di Astronomia – hanno scoperto che l’energia oscura influenza il modo in cui Andromeda e la nostra Terra la galassia interagisce. La Via Lattea ruota l’una attorno all’altra.

“L’energia oscura colpisce ogni coppia di galassie: la gravità vuole avvicinare le galassie, mentre l’energia oscura le allontana”, ha detto Benisti. “Nel nostro modello, se cambiamo il valore della costante cosmologica, possiamo vedere come ciò cambia l’orbita delle due galassie. In base alle loro masse, possiamo porre un limite superiore alla costante cosmologica, che è circa cinque volte superiore.” rispetto a quello che possiamo misurare dal resto dell’universo.

I ricercatori affermano che, sebbene questa tecnica possa essere molto preziosa, non è ancora un rilevamento diretto dell’energia oscura. I dati del James Webb Telescope (JWST) forniranno misurazioni più precise della massa e del movimento di Andromeda, che potrebbero aiutare a ridurre i limiti superiori della costante cosmologica.

Inoltre, studiando altre coppie di galassie, potrebbe essere possibile migliorare questa tecnica e determinare in che modo l’energia oscura influenza l’universo. “L’energia oscura è uno dei più grandi misteri della cosmologia”, ha detto Benisti. “I suoi effetti possono variare con la distanza e il tempo, ma speriamo che questa tecnica aiuti a svelare il mistero”.

Riferimento: “Constraining Dark Energy from Local Group Dynamics” di David Benisti, Anne Christine Davis e N. Wayne Evans, 8 agosto 2023, Lettere del diario astrofisico.
doi: 10.3847/2041-8213/ace90b