Le supernove mettono alla prova l’energia oscura costante, non ancora l’espansione accelerata

Le nuove analisi non dimostrano che l’Universo non stia accelerando. Mettono però sotto pressione l’ipotesi più semplice usata per descriverne l’espansione: un’energia oscura perfettamente costante, la costante cosmologica (\Lambda).

Le supernove di tipo Ia sono fondamentali perché funzionano come «candele standardizzabili»: dalla loro luminosità osservata gli astronomi ricavano distanze cosmologiche. Ma questo passaggio richiede correzioni per le caratteristiche dell’esplosione, della galassia ospite e della popolazione stellare da cui proviene. Ed è proprio su queste correzioni che si concentra il dibattito.

Pantheon+: il possibile effetto dell’età delle stelle progenitrici

Un gruppo TIFR–Oxford ha riesaminato il catalogo Pantheon+, applicando una correzione per una possibile dipendenza della luminosità standardizzata delle supernove Ia dall’età della popolazione stellare progenitrice. Nella loro analisi cosmografica, questa correzione ha spostato la componente media, o monopolo, del parametro di decelerazione verso valori positivi, cioè verso una decelerazione. È invece rimasta quasi invariata una componente locale direzionale, o dipolare, associata a un grande flusso di moto. 3

Questo non equivale automaticamente a dire che l’accelerazione cosmica sia un’illusione. Significa piuttosto che, se la luminosità delle supernove cambia con l’età del sistema progenitore e tale effetto non viene modellato in modo adeguato, anche la ricostruzione della storia dell’espansione può cambiare.

L’entità stessa della correzione è oggetto di discussione. Un’analisi precedente, dopo un trattamento più completo delle incertezze, aveva concluso che nel campione esaminato la correlazione residua fra età e luminosità era compatibile con zero. 12 È il genere di incertezza sistematica che va risolto prima di interpretare una modifica della calibrazione come una scoperta cosmologica.

Perché l’ipotesi di un Universo non accelerato resta controversa

Una rianalisi successiva di 1.564 supernove Ia ha segnalato e corretto un errore nelle coordinate usate nel test per emisferi celesti. Il risultato: il campione resta in un regime di accelerazione anche applicando la correzione per l’età progenitrice usata dall’altro studio. 2

Inoltre, i risultati finali su cinque anni del Dark Energy Survey indicano che i soli dati delle supernove, includendo le incertezze sistematiche e nell’ambito di un modello (\Lambda)CDM piatto, richiedono un’accelerazione con una confidenza superiore a 5 sigma. Lo stesso studio trova che l’energia oscura rimane compatibile con una costante cosmologica entro circa 2 sigma. 27

La questione, quindi, non è semplicemente «accelerazione oppure no». Riguarda anche il metodo: quali modelli dell’evoluzione delle supernove, della calibrazione, della selezione degli oggetti e dei moti locali sono sufficientemente accurati per ricavare una conclusione sull’intero Universo?

Il catalogo Unite: energia oscura variabile nel tempo?

Un’altra linea di ricerca non implica necessariamente l’abbandono dell’accelerazione. Il catalogo unificato Unite, che combina Pantheon+ e DES-SN5YR, comprende 2.884 probabili supernove di tipo Ia ed è presentato come il più ampio campione internamente coerente disponibile. 34

Le analisi di questo insieme di dati sono state riportate come un’indicazione a favore di un’energia oscura che cambia con il tempo cosmico, invece di una (\Lambda) rigorosamente costante. Non è una prova definitiva: il segnale dipende dal modello cosmologico scelto e dalle combinazioni di dati considerate. 37

La direzione è simile a quella emersa dai dati DESI, l’esperimento che misura tra l’altro le oscillazioni acustiche barioniche, o BAO: una traccia statistica nella distribuzione delle galassie utile per misurare la storia dell’espansione. I dati BAO di DESI da soli sono compatibili con un’equazione di stato costante dell’energia oscura, con (w=-0,99^{+0,15}_{-0,13}). Combinati però con la radiazione cosmica di fondo o con dati di supernove Ia, e consentendo a (w) di variare nel tempo, mostrano una preferenza per parametri di energia oscura dinamica. 25

Che cosa possono significare insieme questi risultati

Le due linee di ricerca indicano possibilità diverse, ma entrambe richiedono verifiche rigorose:

• Effetti sistematici nelle supernove: età delle progenitrici, proprietà delle galassie ospiti, polvere, calibrazione, selezione del campione e struttura locale possono alterare le distanze dedotte dalle supernove Ia.
• Energia oscura non costante: l’accelerazione potrebbe essere reale, ma la sua descrizione tramite una costante cosmologica invariabile potrebbe essere troppo semplice.
• Effetti locali o direzionali: una componente dipolare può riflettere il moto dell’osservatore locale o grandi flussi cosmici, non necessariamente una violazione fondamentale dell’isotropia dell’Universo.

Nessuna di queste ipotesi implica il crollo generale del modello (\Lambda)CDM, che resta il quadro di lavoro principale della cosmologia osservativa. Tuttavia, la natura fisica dell’energia oscura e della materia oscura non è stata ancora identificata: per questo eventuali anomalie meritano controlli particolarmente severi.

Il test decisivo potrebbe arrivare dal Rubin Observatory

La Legacy Survey of Space and Time, il programma decennale del Vera C. Rubin Observatory, potrà rendere il confronto molto più stringente. Le previsioni per LSST stimano un campione di circa 100.000 supernove Ia fino a redshift (z=1), con una capacità statistica senza precedenti per ricostruire la storia dell’espansione. 40

Il vantaggio non sarà soltanto nel numero di eventi. Un campione più vasto e omogeneo, migliori informazioni sulle galassie ospiti e una mappatura più ampia del cielo permetteranno di verificare se le correzioni legate all’età e le anomalie direzionali si ripresentano. Nel corso della survey, Rubin dovrebbe misurare decine di migliaia di curve di luce ben campionate di supernove Ia. 49

In sintesi: i nuovi risultati aumentano la pressione sull’ipotesi di una (\Lambda) costante, ma non giustificano ancora l’affermazione che l’Universo non acceleri. Per distinguere nuova fisica cosmologica da sottili distorsioni astrofisiche serviranno campioni più grandi, calibrazioni migliori e confronti indipendenti.