Il mese scorso, gli astrofisici hanno annunciato una scoperta rivoluzionaria: sono state trovate prove convincenti dell'esistenza di onde gravitazionali e la fonte di queste onde potrebbe essere il periodo di inflazione subito dopo il Big Bang.
Forse questa è una prova convincente, ma può esserci un'altra spiegazione?
In un documento presentato nelle pubblicazioni preliminari di ArXiv la scorsa settimana, tre fisici teorici hanno messo da parte i risultati del progetto Cosmic Extragalactic Polarization 2 (BICEP2), suggerendo che esiste un'altra fonte di onde gravitazionali.
Per prima cosa, torniamo un po 'indietro. Che cos'è l'inflazione e in che modo le onde gravitazionali hanno dimostrato la sua presenza?
Rappresentazione grafica della singolarità dell'universo
In poche parole, quando il progetto BICEP2 ha rilevato increspature di polarizzazione nello sfondo a microonde cosmico (CMB), il segnale corrispondeva alle previsioni teoriche su come dovrebbero apparire le onde gravitazionali. Ma finora, le onde gravitazionali (l'esistenza di cui Einstein suggeriva, durante lo sviluppo della loro teoria generale della relatività quasi 100 anni fa) sono state molto difficili da rilevare. Quindi, a prima vista, i risultati della ricerca BICEP2 sono storici. Queste osservazioni delle onde gravitazionali non sono contestate da alcuno scienziato. Ma come hanno fatto queste onde gravitazionali in definitiva lasciare un segno indelebile sullo sfondo cosmico delle microonde? Questo è il punto di contesa.
Lo strato di microonde cosmico esiste ovunque, al limite delle nostre possibilità di osservazione. Considerandolo come "Echo" del Big Bang, che si è verificato circa 14 miliardi di anni fa, possiamo analizzare oscillazioni di temperatura molto minori (note come "anisotropie") per avere un'idea della struttura dell'Universo immediatamente dopo il Big Bang.
I cosmologi credono che per far sì che l'universo esista sulla sua scala attuale, il Big Bang si è verificato prima, e poi c'è stato un periodo di intensa accelerazione. Più veloce della velocità della luce, l'espansione avvenne in un miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di milionesimo di secondo dopo il Big Bang.
Le tappe dell'evoluzione dell'universo. Clicca sull'immagine per ingrandirla
Per la comprensione moderna dell'universo, sarà giusto che ci sia l'inflazione.
Come spiega il team del progetto BICEP2, l'onda gravitazionale racchiusa nello strato di microonde cosmico presuppone che le onde gravitazionali siano di origine inflazionaria. Le onde gravitazionali che generano gli eventi più energetici nell'universo, che vanno dai buchi neri e finiscono con le esplosioni di stelle, si propagano nello spazio-tempo alla velocità della luce. I ricercatori della teoria dell'inflazione ritengono inoltre che le onde gravitazionali primarie possano essere generate durante l'evento più intenso che non vedremo mai: l'inflazione. E i risultati del progetto BICEP2 indicano indubbiamente la presenza di prove convincenti sull'origine inflazionaria e quantistica di queste onde.
Tuttavia, i fisici teorici James B. Dent (Università della Louisiana, Lafayette), Lawrence M. Krauss (Università dell'Arizona, Tempe) e Harsh Mathur (Università Case Western Reserve, Cleveland, Ohio ) ritengono che i ricercatori di BICEP2 possano aver perso una fonte alternativa di queste onde.
"Nonostante il fatto che il segnale di inflazione rimanga la fonte più plausibile (di un segnale di un'onda gravitazionale), la misurazione corrente, purtroppo, consente comunque la possibilità che le onde gravitazionali di sfondo possano sorgere a seguito della transizione dello sfondo scalare auto-ordinata, avvenuta poco dopo." ha scritto fisica.
Che cosa significa?
Il grafico dell'universo Lambda-CBR (dal Big Bang alla nostra era).
Dopo il Big Bang, l'universo sembrava un caotico caos di energia. Non appena ha cominciato a raffreddarsi, questa energia ha cominciato lentamente a condensare (come gocce di pioggia formate dal vapore nelle nuvole), creando le particelle e le forze fondamentali che conosciamo e amiamo nella nostra era moderna. Ogni particella e forza appariva dopo ogni successiva "transizione di fase". Ma questi cambiamenti di fase non erano uguali e non avvenivano nello stesso tempo in tutto l'universo. I cambiamenti di fase si sono verificati in tasche localizzate. Ma nel punto critico, quando l'Universo si è sufficientemente raffreddato, si ritiene che queste tasche si siano spianate tutte in una volta.
Anche se questo cambiamento critico del punto di fase in tutto l'universo ha avuto meno energia del periodo di inflazione che si è verificato prima, James B. Dent e il suo team suggeriscono che questo evento ha creato un'ondulazione che ha generato onde gravitazionali, che BICEP2 sta osservando nello strato di microonde cosmico.
Come notato in ArXiv, i teorici non discutono se l'inflazione sia o meno, stanno cercando di determinare altre fonti di onde gravitazionali.
Quando si tratta di risolvere i misteri all'inizio del Cosmo, non è possibile scegliere una teoria che "provi" un solo meccanismo. Sebbene i ricercatori del BICEP2 abbiano trovato prove evidenti del fatto che le onde gravitazionali hanno un'origine inflazionistica, questo nuovo lavoro mostra che i fisici teorici sono lontani dal trovare un consenso.
