La teoria della relatività generale di Einstein deve affrontare una sfida

La teoria della relatività generale di Albert Einstein, che spiega la gravità come un prodotto della distorsione dello spazio e del tempo, potrebbe non essere universalmente applicabile.

Questa è la conclusione dei fisici dell’Università di Ginevra (UNIGE), in Svizzera, e dell’Università Paul Sabatier di Tolosa, in Francia, che hanno studiato i dati di uno studio che ha mappato la forma di centinaia di milioni di galassie in vari momenti della storia cosmica .

Quando il team ha analizzato il modo in cui la massa di queste galassie distorce lo spazio-tempo, ha trovato una leggera deviazione dalle previsioni di Einstein secondo cui sarebbero emerse tra 5 e 6 milioni di anni fa.

Questo cambiamento coincide con un’accelerazione del tasso di espansione dell’universo, quindi potrebbe aiutare a far luce su questo fenomeno sconcertante.

Secondo la teoria della relatività generale di Einstein, gli oggetti dotati di massa distorcono lo spazio e il tempo, proprio come si deformerebbe il tuo materasso se mettessi una palla da bowling sul letto.

Questa deformazione del tessuto dell’universo, ha proposto il fisico, è ciò che sperimentiamo come gravità.

Le distorsioni dello spazio-tempo attorno agli oggetti, come i pianeti o le stelle, si trovano nei loro piccoli “pozzi gravitazionali”.

E quando la luce passa attraverso questi pozzi, si piega come se passasse attraverso una lente d’ingrandimento, in un processo noto come lente gravitazionale.

Questo aspetto della relatività generale fu verificato nel 1919, quattro anni dopo la pubblicazione del concetto, mediante esperimenti condotti in parte durante un’eclissi solare.

Gli astronomi britannici Arthur Stanley Eddington e Frank Watson Dyson dimostrarono che la gravità del sole deviava bene la luce proveniente dalle stelle distanti (che erano visibili mentre il sole era bloccato durante l’eclissi) esattamente come previsto dalla relatività generale.

Si trattava di circa il doppio della deviazione prevista dalla fisica newtoniana, che non teneva conto della curvatura del tempo e dello spazio.

Resta però la questione se le previsioni di Einstein siano ancora corrette su scala universale.

Nel loro studio, i ricercatori hanno utilizzato i dati del Dark Energy Survey. Questo progetto misura l’espansione accelerata dell’universo, che si ritiene sia guidata da una forza misteriosa e invisibile chiamata energia oscura.

“Finora, i dati del Dark Energy Survey sono stati utilizzati per misurare la distribuzione della materia nell’Universo”, ha detto in una nota l’autrice dello studio e professoressa cosmologa dell’UNIGE Camille Bonvin.

“Nel nostro studio, abbiamo utilizzato questi dati per misurare direttamente la distorsione del tempo e dello spazio, il che ci ha permesso di confrontare i nostri risultati con le previsioni di Einstein.”

Poiché la luce impiega tempo per viaggiare nello spazio, guardare verso l’universo lontano equivale a guardare indietro di miliardi di anni nel tempo.

Approfittando di questo fatto, i ricercatori hanno analizzato 100 milioni di galassie provenienti da quattro diversi punti della vita dell’universo: 3,5, 5, 6 e 7 miliardi di anni fa, permettendo loro di esplorare come sono cambiati i pozzi gravitazionali nel corso di più della metà della storia cosmica. .

“Abbiamo scoperto che nel lontano passato (6 e 7 miliardi di anni fa) la profondità dei pozzi si allinea bene con le previsioni di Einstein”, ha detto in una dichiarazione l’autore dell’articolo e astrofisico, il professor Isaac Tutusaus dell’Università Paul Sabatier.

“Tuttavia, più vicini ad oggi (3,5 e 5 miliardi di anni fa) sono leggermente meno profondi di quanto previsto da Einstein.”

Fu durante il secondo periodo, notano i ricercatori, che l’espansione dell’universo cominciò ad accelerare.

Di conseguenza è possibile che entrambi i misteri abbiano la stessa causa; in particolare, che la gravità potrebbe funzionare su larga scala in modo leggermente diverso rispetto a quanto previsto dalla teoria di Einstein.

“I nostri risultati mostrano che le previsioni di Einstein hanno un’incompatibilità di 3 sigma con le misurazioni”, ha detto in una nota l’autrice dell’articolo e fisica teorica dell’UNIGE, Nastassia Grimm.

Ciò che significa “3 sigma”, ha spiegato Grimm, è che la differenza è interessante e meritevole di ulteriori indagini. Tuttavia, aggiunse, “questa incompatibilità non è abbastanza grande, al momento, da invalidare la teoria di Einstein.

“Affinché ciò accada, dovremmo raggiungere la soglia di 5 sigma. Pertanto, è essenziale disporre di misurazioni più precise per confermare o confutare questi risultati, e sapere se questa teoria è ancora valida nel nostro universo a distanze molto grandi.” .”

Dopo aver completato lo studio iniziale, il team si sta preparando ad analizzare i dati del telescopio spaziale Euclid dell’Agenzia spaziale europea, lanciato lo scorso anno, che fornirà misurazioni più precise della lente gravitazionale.

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Riferimento

Tutusaus, I., Bonvin, C. e Grimm, N. (2024). Misurazione della potenziale evoluzione di Weyl dai primi tre anni di dati del sondaggio sull’energia oscura. Comunicazioni sulla natura, 15(1), 9295.