Energia oscura, l’acceleratore dell’universo

La cosmologia sta diventando una scienza di precisione. In febbraio i ricercatori dello Goddard Space Center in Maryland – che hanno costruito e gestiscono il satellite Wmap (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) – pubblicarono la prima misura veramente accurata della composizione dell’universo. Poche settimane fa la rivista Nature ha annunciato che Ryan Scranton e i suoi colleghi dell’università di Pittsburg, combinando i risultati di Wmap con una mappa del cielo comprendente 25 milioni di galassie, hanno confermato in modo diretto l’esistenza dell’energia detta «oscura», osservata soltanto indirettamente da Wmap. Ma come si è può osservare questa nuova forma di energia e perché è stata chiamata oscura?
Soltanto dieci anni fa la comunità degli astrofisici avrebbe considerato un po’ matto il collega che avesse sostenuto che i tre quarti di tutta l’energia dell’universo si trova sotto una forma che – invisibile ai telescopi e quindi oscura – respinge invece di attrarre. Perciò enorme fu la sorpresa quando, nel 1998, due gruppi di astronomi pubblicarono i risultati delle accurate osservazioni di un gran numero di supernove esplose in galassie lontanissime giungendo a una conclusione del tutto inattesa: negli ultimi miliardi di anni l’espansione dell’universo è stata accelerata da una forza repulsiva onnipresente in grado di contrastare la forza con cui le galassie si attraggono.
Alla causa di questa repulsione, che è ugualmente diffusa in tutto l’universo, è stato dato il nome di «energia oscura». Nonostante il nome, essa non va confusa con la «materia oscura», che non è visibile con i telescopi – come l’energia oscura – ma attrae – come la materia «ordinaria» di cui sono fatte stelle e pianeti. L’energia oscura repulsiva fa sì che l’espansione dell’universo acceleri nel tempo anziché diventare sempre più lenta, come si pensava appena cinque anni fa, di modo che da ora in poi le galassie non faranno che allontanarsi sempre più rapidamente. Wmap ha fornito le prime informazioni precise sulla composizione dell’universo osservabile: esso è costituito di materia ordinaria soltanto per il 4%, mentre la materia oscura rappresenta il 23% e l’energia oscura addirittura il 73%.
I dati sono stati ricavati misurando la radiazione cosmica di fondo, così detta perché investe la terra provenendo da tutte le direzioni. Questo flusso di radiazioni si sprigionò quattrocentomila anni dopo il Big bang, quando gli elettroni liberi si legarono ai protoni per formare atomi di idrogeno, la materia ordinaria primordiale, e l’universo divenne trasparente alle onde elettromagnetiche. L’universo era allora mille volte più piccolo di adesso e la densità dell’idrogeno non era esattamente uniforme: in alcuni punti era di pochissimo maggiore della media e in altri di pochissimo inferiore. Proprio le zone più dense sono state i «semi» dei cento miliardi di galassie che costituiscono l’universo osservabile. Le zone più dense erano anche più calde ed emettevano più energia luminosa della media. Le piccolissime variazioni dell’intensità di questa luce, che ci giunge dalla superficie di una sfera che ha un diametro di 13 miliardi di anni luce, è oggi misurata con grande precisione dal satellite Wmap.
Le tre componenti dell’universo – energia oscura, materia oscura e materia ordinaria – lasciarono impronte diverse sulle variazioni, piccolissime e molto localizzate, della densità dell’idrogeno primordiale e, quindi, sulle variazioni dell’energia delle microonde del radiazione di fondo. Per questo, a partire dai dati raccolti da Wmap in due anni, Charles Bennett e i suoi collaboratori hanno potuto dedurre con grande precisione le loro percentuali: 73%, 23% e 4%. Sappiamo oggi quantitativamente ciò che qualitativamente era noto da tempo: nella materia ordinaria, di cui le stelle e noi stessi siamo fatti, è concentrata meno di un ventesimo di tutta l’energia dell’universo.