Energia oscura primordiale per risolvere la tensione di Hubble
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Il tasso di espansione dell'universo continua a tener banco: la diatriba tra i dati di Hubble e quelli di Planck potrebbe passare per particelle di energia oscura primordiali.


Fonte Vivian Poulin et al. Early Dark Energy can Resolve the Hubble Tension, Physical Review Letters (2019)


Hubble Deep Field, un campo con alcune supernovae. Crediti ESA/NASA/HST
Hubble Deep Field, un campo con alcune supernovae. Crediti ESA/NASA/HST

Il tasso di espansione dell'universo è ancora un dato incerto, proveniente dalle immagini di Hubble Space Telescope e di altri strumenti. Negli ultimi anni proprio i dati di Hubble hanno portato a una discrepanza tra i risultati ottenuti dalle due principali tecniche di stima, come ripetuto oramai tante volte in diversi articoli

I dati di Hubble mostrano un universo in espansione più rapida rispetto a quanto dedotto dalla radiazione cosmica di fondo e questa discrepanza, chiamata "tensione di Hubble", ha acquisito sempre più interesse nella comunità scientifica.

Alla Johns Hopkins University e al Swarthmore College hanno proposto e testato un modello alternativo che potrebbe risolvere questa tensione: un modello di energia oscura , precedentemente presentato da Marc Kamionkowski.

Anche se privi di successo, i precedenti tentativi di allineare le misurazioni hanno consentito di comprendere grossolanamente quali caratteristiche debba avere una soluzione per funzionare e, allo stesso tempo, il team di scienziati stava lavorando alle conseguenze della teoria delle stringhe con le proprietà cosmologiche osservabili. Teoria che prevede la presenza di un gran numero di particelle estremamente leggere con proprietà molto peculiari. Una semplice modifica delle proprietà fisiche di queste particelle ha portato alle caratteristiche necessarie al contesto della tensione di Hubble, e così il team ha deciso di spingere sul tema per testare un modello alternativo. 

I test sono provenuti dai dati cosmologici collezionati da programmi e collaborazioni come le osservazioni di Planck's CMB e le misurazioni di SH0ES H0. A questi dati è stato applicato il modello di Early Dark Energy (EDE). EDE vuol dire che queste particelle, in un costesto cosmologico, agiscono come una componente di energia oscura (fluido con pressione negativa) in tempi molto remoti, antecedenti all'affiorare della corrente energia oscura. Queste particelle modificano il tasso di espansione dell'universo intorno al tempo in cui i fotoni della CMB sono stati emessi (380.000 anni dopo il Big bang ), aumentandolo lievemente (circa il 3%) in confronto alle previsioni standard.

Computando la CMB in presenza di queste particelle si è giunti a una precisione molto simile a quella osservata da Planck. E' stato necessario un supercomputer per far girare centinaia di migliaia di differenti modelli cosmologici, il che ha consentito di identificare la cosmologia che meglio approssima le osservazioni: questo nuovo modello, comprensivo di EDE, risolverebbe la tensione di Hubble: basta una lieve modifica al tasso di espansione primordiale, dovuto alle particelle EDE, per risolvere il tutto.

Lo studio ha ispirato diverse ricerche che ora cercano modelli simili di EDE per risolvere la tensione di Hubble. I prossimi test prevedono l'identificazione del modello che meglio si adatta alle osservazioni nonché la caccia a eventuali firme di queste particelle nelle grandezze cosmologiche osservabili..