Oltre l’energia oscura, un campo elettromagnetico oscuro

Ci sono molte cose oscure nel cosmo. La materia oscura, innanzitutto, che “pesa”, ha massa, ma non emette luce. Poi c’è l’energia oscura, una forza misteriosa responsabile dell’espansione dell’universo, che anziché rallentare per effetto della gravità sembra accelerare. E infine, forse, una forza elettromagnetica oscura. Lo sostengono José Beltran e Antonio Maroto, due fisici spagnoli, in un articolo in corso di pubblicazione che ha già fatto il giro del mondo e si è assicurato la copertina del prestigioso settimanale New Scientist. Perché questa forza elettromagnetica potrebbe gettare finalmente luce sul mistero dell’energia oscura.

Teorie sull'energia oscura

Finora, l’unica spiegazione accettabile dell’energia oscura sostiene che essa sia il prodotto di continue annichilazioni tra particelle virtuali che nascono e muoiono nell’arco di una frazione di secondo all’interno dello spazio vuoto che costituisce la grande parte dell’universo. Tuttavia, quando i fisici vanno a calcolare l’energia prodotta da queste annichilazioni nello spazio vuoto, il risultato è un’energia 120 volte superiore al valore atteso, tale che se i calcoli fossero corretti l’intera materia dell’universo sarebbe polverizzata in pochi istanti. E sappiamo che non è così. Dunque, c’è un grosso gap tra la teoria e l’osservazione pratica, cosicché il mistero persiste.

Un’altra ipotesi, oggi minoritaria, sostiene che su larga scala la forza di gravità muterebbe il suo valore, non sarebbe cioè una costante di natura, come si è finora sempre pensato. Nel 2008, all’Università di Madrid, Beltran e Maroto stavano lavorando a un particolare modello matematico che prevede una forza gravitazionale non costante (teorie scalare-tensore) accorgendosi non solo che tale modello era capace di “imitare” l’effetto dell’energia oscura, ma sembrava comportarsi come un campo elettromagnetico.

I due fisici si chiesero cosa sarebbe successo se alla teoria finora utilizzata avessero sostituito i concetti di massa e spazio-tempo, usati nelle teorie gravitazionali come quella della relatività, con i concetti di magnetismo e voltaggio, propri dell’elettromagnetismo. Come la gravità, l’elettromagnetismo è una forza; è una delle quattro forze fondamentali dell’universo e può essere descritta come il prodotto delle interazioni tra quanti, particelle che impacchettano al loro interno quantità determinate di energia. I quanti elettromagnetici sono detti fotoni, e di fotoni è fatta, tra le altre cose, la luce. Tuttavia, è noto che la forza elettromagnetica può essere spiegata anche come l’effetto di onde, esattamente come le onde che si propagano sulla superficie dell’acqua. Queste onde (come le onde sonore) propagano il campo elettromagnetico nello spazio. L’idea dei due fisici è che, al posto di particelle virtuali che si annichilano a vicenda, lo spazio vuoto produca continuamente onde elettromagnetiche che subito spariscono. Ora, circa dieci trilionesimi di secondo dopo il Big Bang,  l’universo ha subito una fase di iperaccelerazione, detta “inflazione”: improvvisamente, le dimensioni dell’universo sono aumentate a una velocità superiore a quella della luce. In quel caso, le onde elettromagnetiche nate in quel momento si sarebbero ugualmente espanse fino a raggiungere una dimensione superiore a quella dell’universo. Tali onde elettromagnetiche esisterebbero tutt’ora e, per via delle loro enormi dimensioni, non sarebbero percepibili come tali dalle nostre strumentazioni. Tuttavia, sarebbero onde altamente energetiche, e la loro energia sarebbe invisibile: esattamente come l’energia oscura. Applicando la teoria all’osservazione pratica, i calcoli differiscono di un solo ordine di grandezza, cosa che rappresenta un successo considerando che la teoria dell’energia dello spazio vuoto differisce di 120 ordini di grandezza rispetto all’osservazione pratica!

I vantaggi dell'elettromagnetismo oscuro

La teoria dell’elettromagnetismo oscuro spiegherebbe anche un altro mistero, l’esistenza cioè di campi magnetici su scala cosmica. Da dove vengono fuori questi campi magnetici? Gli scienziati al momento non sono in grado di spiegarlo. I loro effetti sono però evidenti. Non solo: campi elettromagnetici permeerebbero lo spazio vuoto tra le galassie, almeno secondo le osservazioni effettuate dagli astrofisici, secondo cui l’energia dei raggi gamma “sparati” dai nuclei delle galassie molto distanti da noi verrebbe diluita dall’effetto di questi enormi campi elettromagnetici. La teoria elettromagnetica tradizionale non può spiegare l’esistenza di questi campi su scala cosmica, ma la nuova teoria sì: difatti essa prevede che la forza elettromagnetica si comporti diversamente su grande scala, mentre su piccola scala (vale a dire, da quella atomica fino a quella stellare) il suo comportamento sarebbe descrivibile utilizzando le attuali conoscenze.

C’è un problema: la teoria dell’elettromagnetismo oscuro è difficilmente verificabile. Dal momento che presuppone che su scala normale sia indistinguibile dalla forza elettromagnetica che conosciamo, e che su scala cosmica si comporti come prevedono già le attuali teorie sull’energia oscura (con il vantaggio di uno scarto minimo tra teoria e osservazione), la possibilità di verificarla con le osservazioni o gli esperimenti è attualmente molto scarsa. Ci sono due metodi percorribili: il primo è cercare le tracce di queste onde elettromagnetiche primordiali prodotte dall’inflazione cosmica nel fondo a microonde dell’universo, il cosiddetto “eco del Big Bang”, che ha fotografato lo spazio quando aveva appena 400.000 anni. Il satellite Planck dell’ESA, nel prossimo futuro, potrà cercare questi indizi. Un altro metodo prevede di analizzare le onde elettromagnetiche provenienti dal buco nero al centro della nostra galassia, che sarebbero distorte dal forte campo gravitazionale del buco nero, imitando le condizioni esistenti all’origine dell’universo. Per farlo bisognerà comunque aspettare il nuovo Square Kilometer Array, il supersistema di radioastronomia che sarà costruito tra Sudafrica e Australia nei prossimi anni. Intanto, ci possiamo accontentare di un risultato: la teoria di Beltran e Maroto ha permesso di calcolare l’elettricità dell’universo. Il risultato è circa un miliardo di miliardi di gigavolt. Come dire che dovremo aspettare molto a lungo prima che le batterie dell’universo si scarichino.