Le anomalie che caratterizzano la radiazione cosmica di fondo, risalente a circa 400mila anni dopo il Big Bang, potrebbero essere comprese se si prende in considerazione l’idea di un universo la cui geometria non è piatta ma leggermente aperta, a forma di sella di cavallo. È l’ipotesi esposta dagli astrofici e cosmologi Andrew Liddle dell’Università di Edimburgo e Marina Cortes dell’Università di Lisbona sull’eminente rivista Physical Review Letters, analizzando i dati emersi dalle recenti osservazioni del satellite Planck.

Le anomalie dell'universo primordiale

Da diversi anni gli scienziati sono a conoscenza del fatto che l’universo non è omogeneo come si sospettava inizialmente. Il satellite WMAP aveva svelato alcune anisotropie, cioè disomogeneità, nella radiazione cosmica di fondo che rappresenta l’universo primordiale poco dopo il Big Bang. Si tratta di variazioni di temperatura molto piccole, nell’ordine dei 2 gradi Kelvin (i puntini dell’immagine rappresentano i punti più freddi e più caldi rispetto alla media). Tuttavia, il nuovo satellite Planck, le cui prime osservazioni sono state rese note all’inizio dell’anno, ha confermato una disomogeneità più significativa su larghissima scala. Le fluttuazioni di temperatura tra i due emisferi del cielo osservato da Planck differiscono del 10%, che in termini cosmologici non è affatto poco. In pratica in una metà dell’universo i punti freddi sono più freddi e quelli caldi sono più caldi rispetto all’altra metà.

L’immagine mostra la principale disomogeneità su larga scala rilevata da Planck, una differenza delle fluttuazioni di temperatura tra i due emisferi di cielo analizzati nella radiazione cosmica di fondo.
in foto: L’immagine mostra la principale disomogeneità su larga scala rilevata da Planck, una differenza delle fluttuazioni di temperatura tra i due emisferi di cielo analizzati nella radiazione cosmica di fondo.

Da allora gli astrofisici hanno cominciato a elaborare teorie e modelli in grado di spiegare questa disomogeneità imprevista. La maggior parte della comunità scientifica concorda sul fatto che le variazioni scoperte dipendano dall’inflazione, il misterioso meccanismo che nei primi istanti dopo il Big Bang provocò un’espansione iper-accelerata dello spazio, liberando un’enorme radiazione rimasta impressa in tutto l’universo. Tale radiazione avrebbe provocato delle variazioni in termini di densità dell’universo: alcune parti presentano una maggiore densità di materia rispetto ad altre. Ma la densità ha un ruolo significativo nel determinare la geometria dell’universo, dovuta alla sua curvatura. Un oggetto molto denso, come il Sole, produce una significativa curvatura dello spazio, secondo quanto previsto dalla teoria della relatività generale. Determinando la densità complessiva dell’universo diventa possibile scoprire la sua curvatura, che secondo la cosmologia relativistica può essere di tre tipi: piatta, negativa o positiva.

Geometria iperbolica e universo aperto

Non si tratta di questioni oziose, perché la densità e quindi la curvatura dell’universo determineranno anche il suo destino. Se la densità è infatti inferiore a quella necessaria per contrastare la forza di gravità che tende ad arrestare l’espansione e provocare una contrazione, l’universo prima o poi inizierà a contrarsi su se stesso fino a tornare a concentrare tutta la materia in un unico punto, in una gigantesca esplosione speculare rispetto al Big Bang (il “Big Crunch”). Se la densità è invece maggiore, l’espansione non sarà mai arrestata dalla forza di gravità e l’universo continuerà a espandersi per sempre, finché il tessuto stesso dello spazio sarà lacerato (il “Big Rip”). Ma i cosmologi oggi ritengono che l’universo sia piatto, ossia che la sua densità sia pari a quella critica necessaria per bilanciare espansione repulsiva e gravità attrattiva. Il nostro universo, insomma, ha una geometria piatta e una curvatura zero.

Le tre possibili geometrie dell’universo a seconda della loro curvatura, prodotta dal rapporto tra la densità media e la densità critica necessaria per contrastare l’attrazione gravitazionale (il valore omega).
in foto: Le tre possibili geometrie dell’universo a seconda della loro curvatura, prodotta dal rapporto tra la densità media e la densità critica necessaria per contrastare l’attrazione gravitazionale (il valore omega).

Diversamente, Liddle e Cortes suggeriscono che le osservazioni di Planck assumano un senso in un universo leggermente aperto. Apparentemente, su larga scala, l'universo appare piatto e la sua geometria è euclidea (la somma degli angoli interni di un triangolo sarà sempre pari a 180° e due rette parallele non s’incontrano mai); ma su larghissima scala ha invece la forma di una sella di cavallo, una curvatura aperta la cui geometria è iperbolica (la somma degli angoli interni di un triangolo è inferiore a 180° e le rette parallele non solo non s’incontrano ma tendono ad allontanarsi sempre di più).

Anche le più recenti teorie di cosmologi di primo piano come Stephen Hawking e Roger Penrose condividono l’assunto che l’universo possa possedere una geometria iperbolica, benché a livello locale appaia piatto. Liddle e Cortes precisano che sarà necessario attendere i nuovi dati di Planck, disponibili il prossimo anno, per mettere alla prova la loro teoria. Anche se per l’ultima parola potremmo dover attendere un altro decennio, in attesa di Euclid, il satellite dell’ESA che dal 2020 dovrebbe fornire un’analisi ancora più precisa della geometria dell’universo, tenendo conto dell'apporto dell'energia oscura.