La possibile prova del multiverso

Uno sguardo al misterioso e molto dibattuto Cold Spot

L'universo iniziò con un'esplosione violenta e sorprendente, il suo corpo denso e arancione nebbioso mentre il plasma gorgogliava con un'immensa quantità di calore. In questo mare luminoso che fu l'inizio di tutto, protoni ed elettroni entrarono in contatto per creare un bagliore accecante molto diverso dai cieli oscuri che vediamo oggi. Fu solo 380.000 anni dopo che i primi atomi iniziarono a formarsi a temperature più fredde, consentendo la nascita di idrogeno ed elio che alla fine avrebbero lasciato il posto alle stelle, i meravigliosi punti di luce nell'universo in cui carbonio, ossigeno e il ferro è fatto. Cioè, guardando indietro alla griglia, con l'inizio lampante di tutto, le cose erano molto diverse dallo spazio più fresco e domatore in cui viviamo oggi. Ma è l'energia di questo periodo caotico a poche centinaia di migliaia di anni dopo il Big Bang che potrebbe indicarci qualcosa di ancora più straordinario.

Mappato, l'energia è chiamata CMB o Cosmic Microwave Background. Questa radiazione è abbastanza uniforme, di solito non varia più di 20 microkelvin su qualsiasi punto della mappa. Mentre erano tremendamente 3000 gradi Kelvin quando si formarono gli atomi per la prima volta, oltre 13 miliardi di anni di espansione in seguito lo hanno lasciato più vicino a 2.725 gradi sopra lo zero assoluto (-454 gradi Fahrenheit o -270 Celsius) attraverso il cosmo. L'espansione ha anche portato le lunghezze d'onda della luce che si spostano dall'infrarosso al microonde, lasciando lo spazio esterno apparentemente trasparente e sinceramente nero all'occhio umano. Ma c'è un'area della CMB, chiamata Cold Spot, che devia molto di più rispetto al solito 20 microkelvin. In effetti, è 150 microkelvin più freddo della media e copre 1 miliardo di anni luce. Il punto freddo è stato osservato sia dal WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe della NASA) sia dal satellite Planck, il che significa che non era il prodotto di un semplice errore strumentale.

Il punto freddo viene visto qui mappato da Szapudi usando PanSTARRS e successivamente come mappato dal satellite Planck. Immagine di ESA Planck Collaboration.

Fino all'inizio del 2017, una delle principali teorie sulla causa del Cold Spot riguardava i supervoidi. I vuoti nello spazio non sono completamente vuoti; possono ospitare diverse galassie ma sono molto meno dense delle regioni circostanti. Intorno ai vuoti, le galassie si uniranno in enormi pareti conosciute come supercluster - gli oggetti più grandi dell'universo. La materia viene quindi attratta da queste strutture e lontano dalle tasche vuote che conosciamo come vuoti cosmici. Il Cold Spot avrebbe potuto formarsi mentre la radiazione CMB attraversava uno dei supervoidi e le sue proprietà erano quindi influenzate dall'effetto ISW. Ciò darebbe l'impressione che esistesse un punto freddo quando in realtà non c'era nessuno. L'effetto ISW (Integrated Sachs-Wolfe) ha a che fare con i fotoni che attraversano regioni dello spazio ricche di materia o prive di materia. Man mano che un fotone si avvicina a un'area ricca di materia, riceverà più energia dalla gravità della materia. Poiché l'espansione avrà indebolito l'attrazione gravitazionale dell'area densa di materia prima che il fotone se ne vada, il fotone avrà quindi un guadagno di energia e vedremo questo sul CMB come un aumento della temperatura. Al contrario, quando i fotoni entrano in un vuoto perdono energia perché le regioni ricche di materia li stanno tirando indietro. Mentre dovrebbero riguadagnare l'energia mentre stanno andando via, l'espansione rende il vuoto più grande mentre i fotoni si stanno facendo strada e quindi alla fine rimangono con meno energia e lasciano quell'area del CMB molto più fresca.

Quindi la teoria dei supervoidi si basava sulla perdita di energia dei fotoni CMB quando attraversavano un vuoto, facendo apparire fredda quest'area della mappa.

Era una teoria proposta per la prima volta nel 2006 e che sembrava acquisire prove poiché nel 2015 uno studio dell'Università delle Hawaii affermava di aver scoperto un vuoto di 1,8 miliardi di anni luce nella direzione del Cold Spot. Tuttavia, altri team hanno avuto problemi a replicare tali risultati. In uno studio del 2017, la teoria dei supervoidi è stata confutata da un gruppo di ricerca dell'Università di Durham che ha condotto un sondaggio redshift e sono stati in grado di mappare 7000 galassie nella direzione del Cold Spot. L'indagine ha rilevato 3 grandi vuoti - e un possibile quarto - ma anche questi vuoti avrebbero solo ridotto la temperatura di 32 microkelvin e non i 150 microkelvin osservati nel Cold Spot. Lo studio dell'Università di Durham (condotto da Ruari Mackenzi e Tom Shanks) ha raccolto dati spettroscopici, considerati più accurati dei dati fotometrici raccolti dal team dell'Università delle Hawaii.

Prima del passaggio dall'analogico al digitale, una parte della statica vista in TV era la radiazione CMB. Alcune stazioni intermedie sulle radio FM possono anche raccogliere questa radiazione sotto forma di rumore bianco. Immagine di DBB.

Se non è un supervoide che causa questa anomalia nella CMB, che cos'è?
Potrebbe essere una pura possibilità. Secondo le simulazioni, un punto come quello osservato può accadere a 1 in ogni 50 universi, il che significa che potrebbe capitare di esistere in un universo piuttosto speciale. L'articolo di Mackenzi e Shanks pone le probabilità di una regione così fredda all'1–2% secondo il nostro modello standard di cosmologia.

Ma c'è una teoria più eccitante che non è stata esclusa: quella del multiverso. Questa particolare idea del multiverso deriva dall'inflazione, il momento immediatamente successivo al Big Bang quando l'universo aumentò rapidamente e magnificamente in termini di dimensioni, un processo che gli scienziati usano per spiegare le dimensioni e la forma dell'universo che vediamo in modo impressionante.

Molte versioni dell'inflazione dicono che è eterna. Una volta che inizia, continua per sempre tranne nelle piccole tasche. Il nostro universo sarebbe un esempio di una delle piccole tasche - o bolle - in cui l'inflazione si è fermata. Questi universi normali derivano dall'inflazione quando hanno un'energia del vuoto stabile. A questo punto inizierà a espandersi a un ritmo normale. Se all'inizio la nostra bolla nell'universo si fosse imbattuta in un'altra bolla, avrebbe potuto lasciare un segno sul CMB, o quello che consideriamo il Cold Spot. Questi due universi si fonderanno quando si scontreranno e si scambieranno energia. A seconda di quanto lontano da noi ha avuto luogo la fusione, potrebbe apparire come un punto freddo o caldo sulla mappa della CMB.

Secondo il professor Tom Shanks, "Il suono più folle dei modelli esotici della spiegazione del Cold Spot, il multiverso, è in realtà il più standard in termini del nostro attuale modello dell'universo".

Le fluttuazioni quantiche casuali avrebbero potuto causare le piccole variazioni di temperatura osservate sul CMB. Questi saranno quindi aumentati di dimensioni durante l'inflazione.

Una delle critiche contro la teoria del multiverso è che l'universo è probabilmente molto più grande di quello che realizziamo. Questo mette le probabilità di un altro universo che si scontrano con noi in una parte osservabile del cielo incredibilmente piccola. Quindi c'è la possibilità di errore umano. A causa degli algoritmi statistici necessari per misurare le variazioni nella CMB, le anomalie potrebbero essere dovute a dati rumorosi. Ulteriori osservazioni e analisi dei dati, in particolare dal satellite Planck, supporteranno o smentiranno le teorie sul Cold Spot in futuro.

Per ora esistiamo senza risposte, sbirciando la radiazione che ci circonda e chiedendoci cosa potrebbe aver formato quel punto freddo e in agguato. Che sia causato o meno da un multiverso, trasuda un mistero e una sfida al nostro attuale modello cosmologico. Mentre ci dà molte più domande che risposte, permette anche alla nostra immaginazione di correre libera, presentandoci la possibilità selvaggia che sì, forse non siamo soli dopo tutto.