Inflazione oscura: il Big Bang reso accessibile?

Un nuovo modello cosmologico propone un’espansione iniziale guidata da energia e materia oscura. La verifica sperimentale potrebbe arrivare entro un decennio

Illustrazione della nascita ed evoluzione dell’Universo. Crediti: NASA

Illustrazione della nascita ed evoluzione dell’Universo. Crediti: NASA

Elisa Nichelli 8 giugno 2018

L’espansione iniziale del nostro Universo, chiamata anche inflazione, potrebbe essere stata guidata da materia oscura ed energia oscura. Un nuovo modello cosmologico, pubblicato da un gruppo di fisici dell’Università di Varsavia sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, tiene conto di questa “inflazione oscura” e scandisce la cronologia degli eventi principali nelle prime fasi di vita dell’Universo. Una delle previsioni più interessanti è che in un futuro nemmeno troppo remoto potremmo essere in grado di rilevare le onde gravitazionali formate una frazione di secondo dopo il Big Bang.


Per il momento, la struttura più vicina alla nascita dell’Universo che possiamo studiare è la radiazione cosmica di fondo, una luce che oggi vediamo alle microonde e che risale a 380.000 anni dopo il Big Bang. Questa antica testimonianza luminosa è incredibilmente omogenea, e per spiegare questa uniformità si chiama in causa un’inflazione iniziale, un’espansione così rapida da permettere a regioni anche molto lontane tra loro di “parlarsi”. «Il problema fondamentale dell’inflazione è che non sappiamo esattamente quando sia avvenuta e a quali livelli di energia. La gamma di energie a cui potrebbe essere avvenuta è vasta, si estende oltre 70 ordini di grandezza», spiega Zygmunt Lalak, co-autore dello studio. «L’inflazione è descritta come un periodo di espansione molto raffreddata. Tuttavia, affinché i modelli cosmologici siano coerenti, dopo l’inflazione l’Universo dovrebbe subire un riscaldamento a una temperatura molto elevata, e non abbiamo idea di come o quando questo possa essersi verificato. Proprio come per l’inflazione, abbiamo a che fare con energie in un intervallo di 70 ordini di grandezza, di conseguenza la storia termica dell’Universo è molto lontana dall’esser stata descritta».


I dati raccolti dal satellite Planck hanno permesso di misurare con grande precisione la radiazione cosmica di fondo, estraendone informazioni preziose sulla composizione dell’Universo. Attualmente sappiamo che, nel conteggio di energia e materia, l’energia oscura la fa da padrone con il 69% circa del totale, mentre la materia oscura si attesta sul 26% e quella ordinaria appena al 5%. La materia oscura è una componente di cui conosciamo a malapena il comportamento gravitazionale, dedotto studiando il moto di stelle e galassie. L’energia oscura, invece, sembra essere responsabile dell’attuale espansione accelerata dell’Universo. «Il nostro modello di inflazione è significativamente diverso da quelli proposti in passato. Siamo partiti dal presupposto che, siccome oggi la materia oscura e l’energia oscura costituiscono il 95% dell’Universo, entrambi i fattori devono essere stati estremamente importanti subito dopo il Big Bang. Per questo indichiamo la porzione oscura dell’Universo come responsabile del processo di inflazione», dice Michal Artymowski, primo autore dell’articolo.


Il nuovo modello predice le tappe della storia termica dell’Universo con un dettaglio molto maggiore rispetto ai precedenti. Le previsioni più interessanti, però, riguardano l’emissione di onde gravitazionali, ovvero le increspature dello spazio-tempo che per ora sono state rilevate come risultato della fusione di coppie di buchi neri o stelle di neutroni. Durante l’inflazione, i modelli prevedono che debbano essere emesse onde gravitazionali primordiali, ma fino ad ora le stime suggerivano che questo tipo di segnale sarebbe stato troppo debole per qualunque strumento di rilevazione, sia tra quelli esistenti che quelli del futuro. «Le onde gravitazionali perdono energia proprio come lo fa la radiazione. Tuttavia, secondo il nostro modello, le tracce delle onde gravitazionali primordiali non sono deboli quanto pensavamo inizialmente», aggiunge Artymowski. Le simulazioni effettuate dal team indicano che gli osservatori oggi in fase di progettazione saranno in grado di misurare questo tipo di segnale, e che i primi eventi potrebbero essere rilevati nel prossimo decennio. Per i cosmologi questo significa poter aprire una finestra di osservazioni fino ad ora considerata inaccessibile: potremmo vedere in maniera diretta i primi istanti di vita dell’Universo.