Energia oscura: nuovi dubbi da un'analisi di 740 supernovae

Un possibile addio?

Si tratta di una delle teorie più importanti della cosmologia, ma lascia ancora numerosi dubbi. Proprio questi dubbi hanno portato a tre ricercatori ad analizzare un campione di 740 supernovae di tipo 1a. Da questo studio ne emerge che l'accelerazione cosmica dello spazio potrebbe essere marginale e perciò consistente con un tasso di espansione costante.

Nuovi dubbi e interrogativi

L'espansione cosmica accelerata, ovvero quella teoria che prevede la velocità di espansione dell'universo in una continua accelerazione, è stata messa in dubbio da tre ricercatori: fra cui l'italiano Alberto Guffanti del Dipartimento di Fisica dell'Università di Torino.

Grazie ad un'analisi di un catalogo comprendente 740 supernovae di tipo 1a, costituendo un numero 10 volte superiore a quello usato nel campione che portò alla fondamentale scoperta, gli autori dello studio ritengono che l'accelerazione cosmica dello spazio sia marginale, sarebbe quindi meno robusta rispetto a quella ipotizzata: portando a pensare che si tratti più di un tasso di espansione costante.

La scoperta dell'espansione accelerata

Cinque anni fa il premio Nobel per la Fisica fu consegnato Brian P. Schmidt, Adam Riess e Saul Perlmutter per la loro scoperta dell’espansione cosmica accelerata. La loro conclusione si basava sullo studio di un gruppo di supernovae di tipo 1a osservate dal Telescopio Spaziale Hubble con l'ausilio di altri grandi telescopi terrestri. Si scoprì l'esistenza di una forza non direttamente osservabile che determinerebbe l'accelerazione dell'espansione dello spazio: quella che sarebbe stata chiamata con il più noto nome di energia oscura.

Citazione:

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«La scoperta dell’espansione cosmica accelerata ha portato alla vincita del premio Nobel, del Gruber Cosmology Prize e del Breakthrough Prize in Fisica Fondamentale. Essa ha ormai portato all’idea comunemente accettata che l’universo è dominato da una forma di energia oscura che si ritiene agisca come la famosa costante cosmologica di Einstein. Questo concetto sta alla base del ‘modello standard’ della cosmologia».

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Subir Sarkar,Dipartimento di Fisica all’Università di Oxford e co-autore dello studio

I nuovi risultati

Dalle analisi statistiche del nuovo studio emerge, però, che l'evidenza di un espansione accelerata sta entro uno scarto statistico di 3 sigma. «È poco per avere i classici ‘5 sigma’ richiesti per affermare invece che siamo di fronte a una vera e propria scoperta di significato fondamentale», afferma Sarkar.

Sembrerebbe che l'ipotesi di un espansione accelerata sia basata quindi su supposizioni errate. Non sarebbe proprio così, dato che esistono altri dati che supportano questa teoria. La radiazione cosmica di fondo ne è un esempio, anche grazie ai recenti studi eseguiti con il satellite Planck dell'ESA.

Citazione:

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«Tutti questi test sono indiretti», continua Sarkar. «Essi vengono eseguiti nell’ambito di uno specifico modello, che si basa su determinate assunzioni, e la radiazione cosmica non è direttamente influenzata dall’energia oscura. In realtà, esiste un effetto molto piccolo, il cosiddetto effetto Sachs-Wolfe integrato, che però non è stato rivelato in maniera convincente».

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In sintesi, gli autori sostengono che le argomentazioni riguardanti la radiazione cosmica di fondo siano dipendenti dal modello su cui si basano queste argomentazioni, senza escludere che lo stesso modello utilizzato possa essere errato: rendendo di fatto invalide le argomentazioni sulla radiazione cosmica di fondo.

Citazione:

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«Credo che esista una possibilità di essere sviati e che l’apparente manifestazione dell’energia oscura sia una conseguenza di come vengono analizzati i dati nell’ambito di un modello teorico estremamente semplificato, che di fatto venne costruito negli anni ’30, cioè parecchio tempo prima che fossero disponibili molti più dati osservativi reali», fa notare Sarkar. «Un quadro teorico più sofisticato, che tenga conto del fatto che l’universo non sia esattamente omogeneo e che il suo contenuto di materia possa non comportarsi come un gas ideale, due assunzioni fondamentali della cosmologia standard, potrebbe tener conto di tutte le osservazioni senza richiedere la necessità di introdurre il concetto di energia oscura. Il vero problema è che l’energia del vuoto è qualcosa che ancora non comprendiamo con certezza».

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Servirà sicuramente del tempo affinché l'intera comunità scientifica accetti queste ipotesi: d'altronde si sta dicendo che una delle teorie fondamentali del modello cosmologico si basa su supposizioni piuttosto instabili. Ecco un intervista a Massimo della Valle (direttore dell'INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte), già collaboratore di Saul Perlmutter sugli studi di supernovae 1a ad alto redshift.

Dovremmo fare un passo indietro in relazione alla scoperta dell’espansione cosmica accelerata, cioè rivedere tutto e mettere in discussione il modello standard della cosmologia?


«Se dobbiamo fare un passo indietro non lo so, ma sicuramente non lo faremo sulla base di quanto riportato nel lavoro di Nielsen et al. che mettono in discussione non solo l’espansione accelerata dell’Universo, ma, implicitamente, anche il fatto di vivere in un universo caratterizzato da una geometria “piatta”, come misurato in passato dall’esperimento BOOMERANG e più recentemente da Planck. L’analisi della figura 2 di Nielsen et al. rivela il punto critico delle loro conclusioni. Al termine della loro analisi statistica su un campione di oltre 700 supernove, gli autori trovano che i dati sono ‘consistenti’ entro ‘3 sigma’ con un universo in espansione costante, caratterizzato da Ωm ~0.1 e quindi ΩΛ ~0.05, che però sono valori incompatibili con Ωk = 0.000±0.005, il parametro di curvatura, corrispondente all’universo “piatto” misurato da Planck».

Sarebbe, dunque, solo una questione di statistica, e perciò di un’analisi più dettagliata dei dati, che porterebbe gli autori a queste conclusioni?


«Si, direi che le loro conclusioni si basano su un’interpretazione puramente statistica dei dati, ma nel contempo gli autori perdono di vista il contesto cosmologico, a formare il quale hanno contribuito altre evidenze osservative (BAO e Galaxy clusters, per esempio). È quasi sicuro che le supernove-1a soffrano di effetti sistematici e che quindi non sia stato sufficiente aumentare il campione di supernove-1a per migliorare la precisione delle misure dei parametri cosmologici (la figura 3 di Nielsen et al. è emblematica, da questo punto di vista). Tuttavia, quando andiamo a considerare solo gli oggetti meglio osservati, specialmente includendo oggetti a redshift maggiori di 1, l’andamento mi sembra inequivocabile e l’espansione accelerata non sembra in discussione. Le parole del cosmologo inglese Martin Rees, a questo proposito, chiariscono in modo esemplare questo punto: “Storicamente le supernove hanno fornito la prima evidenza osservativa per un universo in espansione accelerata. Ma se l’ordine degli eventi fosse stato diverso, avremmo potuto predire l’accelerazione dell’espansione solamente sulla base del modello CDM e a questo punto le supernove avrebbero semplicemente fornito una conferma soddisfacente”».


Siamo sicuri, però, che le supernove-1a siano davvero “candele standard”?


«In realtà sono “candele” standardizzabili. Nell’universo locale il processo di “standardizzazione” delle supernove-1a funziona, e non si hanno indizi che facciano ritenere che lo stesso non accada a redshift più alti. Però, se vogliamo tornare ad una misura diretta dei parametri cosmologici, l’unico modo per circoscrivere e valutare l’azione degli errori sistematici è quello di cambiare la metodologia sperimentale fin qui adottata, basata, per l’appunto, sulle supernove-1a. In questo senso, l’utilizzo dei Gamma-Ray Bursts (GRB) per misurare Ωm, in modo indipendente dalle supernove-1a, è stato un passo importante. Sebbene la misura di Ωm ottenuta con i GRB sia ancora caratterizzata da barre d’errore molto grandi, il risultato ottenuto converge verso un valore di Ωm~ 0.3 e quindi confermerebbe il risultato trovato dalle supernove-1a nel 1998».


Secondo gli autori, dovremmo pensare a un quadro teorico più sofisticato che tenga conto di tutte le osservazioni senza richiedere la necessità di introdurre il concetto di energia oscura. Dunque, l’energia oscura sarebbe un falso problema?


«Al contrario, a me più che “falso” sembra “oscuro”, anzi uno dei problemi più enigmatici della moderna astrofisica. Nel lungo termine, come sottolineato da Nielsen et al. verso la fine del loro articolo, l’esperimento CODEX presso l’European Extremely Large Telescope (EELT) dovrebbe chiarire in modo definitivo il punto in discussione, misurando direttamente la variazione del tasso di espansione dell’universo (redshift-drift). Nel breve termine, invece, la scoperta di supernove-1a a grandi redshift (z=1.5-2) e la loro collocazione nel diagramma magnitudine-distanza potrebbe dare indicazioni molto interessanti sul tipo di espansione che caratterizza l’universo nel quale viviamo».

Vedi l'articolo originale su http://www.media.inaf.it/2016/10/26/...o-non-proprio/




Allegato 20651
La figura 2 di Nielsen et al. che mostra i contorni di probabilità nel piano ΩΛ-Ωm.

Allegato 20652
La figura 3 di Nielsen et al. mostra (in alto) il confronto relativo al modulo di distanza, in funzione del redshift, misurato con il suo valore atteso di best fit nel caso di un universo in accelerazione e (ΛCDM) di un universo che si espande con velocità costante (Milne). Il pannello in basso mostra i residui relativi al modello di Milne.

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by Orione2000

Ma porca... :twisted: Stavo aspettando la versione italiana dell'articolo per metterla sul portale!
Sta vedere che, per prevenirti, mi tocca pure fare le traduzioni al brucio...:biggrin:

Troppo importante, secondo me, forse va sulle news.
Oltre a darli i Nobel li tolgono anche:biggrin:

Citazione:

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Grazie ad un'analisi di un catalogo comprendente 740 supernovae di tipo 1a, costituendo un numero 10 volte superiore a quello usato nel campione che portò alla fondamentale scoperta, gli autori dello studio ritengono che l'accelerazione cosmica dello spazio sia marginale, sarebbe quindi meno robusta rispetto a quella ipotizzata [...]

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10 volte superiore ??? :confused:

Cioè... significa che quelli che hanno conseguito il Nobel per la scoperta della Dark Energy , hanno sviluppato la loro scoperta con un campione di 74 supernovae 1a ?

Ma non è un numero troppo ridotto per una statistica ??

Sono contento per questo lavoro. C'era da aspettarsi qualcosa del genere. 74 SNe Ia non rappresentano un numero statisticamente solido per una conclusione a 5 sigma. Rimangono però alcuni problemi nelle stesse luminosità delle Ia, pare che infatti non siano molto stabili e questo può chiaramente introdurre ulteriore dispersione nella correlazione con la distanza. Vediamo di discuterne più in dettaglio nei prossimi giorni, appena trovo un pò di tempo.

Citazione:

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[...] Al termine della loro analisi statistica su un campione di oltre 700 supernove, gli autori trovano che i dati sono ‘consistenti’ entro ‘3 sigma’ con un universo in espansione costante, caratterizzato da Ωm ~0.1 e quindi ΩΛ ~0.05, che però sono valori incompatibili con Ωk = 0.000±0.005, il parametro di curvatura, corrispondente all’universo “piatto” misurato da Planck».

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È difficile capire il senso di questa frase !!!

Da come ho capito , un universo piatto come il nostro (dati alla mano misurati della sonda Planck ), ha un parametro-curvatura Ωk = 0.000±0.005

Mentre quello rappresentato dal modello di questi autori che tentano di confutare (?) la DE , è caratterizzato da Ωm ~0.1 e ΩΛ ~0.05
Questo penso rappresenti la materia Ωm ~0.1 , e questo l energia oscura ΩΛ ~0.05 ( ...sbaglio ?)

Dunque non è un buon modello da prendere in considerazione, perché i valori di materia ed energia oscura sono diversi ed incompatibili con quelli misurati nel nostro Universo.... credo...

Ps. Che senso ha questo valore però Ωk = 0.000±0.005 ???? :confused::confused::confused:

Niente panico Paolo.

Ne parlammo tempo fa introducendo l'equazione di Friedmann. Come si suole dire in siciliano "mangi pani scuddatu" :biggrin:, ovvero ti dimentichi le cose :razz:.

In parole semplici, dall'equazione di Friedmann, la quale regola il bilancio dei componenti energetici dell'Universo, si ha per definizione che


dove
cioè somma di densità di energia di materia ed energia oscura.
Questo , detto termine di curvatura, è misurabile sperimentalmente tramite l'orizzonte sonico, ovvero tramite le lunghezze scala tipiche delle fluttuazioni della CBR.
Poichè si deriva che questo termine di curvatura è nullo (con una barra di errore molto piccola come è stato riportato), si deve avere necessariamente che


Chiaramente se gli autori mi vanno a considerare un caso in cui e , la loro somma sarà ben lontana da 1, e cioè non è conciliabile con il termine di curvatura che misuriamo, per cui risulta una bella castroneria da un punto di vista fisico.
E' chiaro in questi termini? ;)

Per maggiori chiarimenti, puoi rivedere il mio articolo sul modello cosmologico QUI.

Citazione:

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Originariamente Scritto da Enrico Corsaro

E' chiaro in questi termini? ;)

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Perfetto !!! Sei stato chiarissimo !;)

Quindi avevo intuito bene. Il lavoro di questi autori non è in grado di confutare l energia oscura, proprio perché i loro risultati non sono conciliabili con quanto misurato da Planck tramite l orizzonte sonico. Giusto ?

Quindi resta più valida l ipotesi dell energia oscura piuttosto che quella esposta in questo articolo ?

Citazione:

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Originariamente Scritto da Enrico Corsaro

Niente panico Paolo.
[...] Come si suole dire in siciliano "mangi pani scuddatu" :biggrin:, ovvero ti dimentichi le cose :razz:.

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Vedo solo adesso che come località non sei più a Parigi ma a Catania.. : stai risassorbendo il dialetto;)