L’universo dovrebbe essere uguale in tutte le direzioni. È uno dei principi fondamentali della cosmologia moderna: se guardi abbastanza lontano, ogni punto del cosmo somiglia a tutti gli altri. Non ci sono direzioni privilegiate, non ci sono centri speciali. Solo che adesso qualcosa non torna. La radiazione cosmica di fondo, quella luce residua del Big Bang che permea tutto lo spazio, mostra un universo asimmetrico: una metà del cielo leggermente più calda, l’altra più fredda. Niente di strano, in realtà. Succede perché ci muoviamo attraverso il cosmo, e l’effetto Doppler distorce le temperature che rileviamo. Un po’ come il suono di un’ambulanza che passa: più acuto quando si avvicina, più grave quando si allontana.
Il problema vero arriva quando guardi le galassie. Milioni di radiogalassie e quasar sparsi nell’universo osservabile mostrano anch’essi un’asimmetria, un’anomalia nella loro distribuzione. Dovrebbero corrispondere alla radiazione cosmica di fondo. Stessa direzione, stessa intensità. Solo che non lo fanno. La distribuzione della materia è 3,7 volte più asimmetrica di quanto dovrebbe essere. Secondo uno studio pubblicato su Reviews of Modern Physics, questo potrebbe significare che l’universo asimmetrico non è solo un’impressione ottica: è proprio storto.
Il principio cosmologico non regge più
Il principio cosmologico è uno dei pilastri della fisica moderna. Dice che l’universo, visto da abbastanza lontano, è omogeneo e isotropo. Cioè: sembra lo stesso ovunque ti trovi e in qualsiasi direzione guardi. Questo principio è alla base del modello Lambda-CDM, il quadro teorico che descrive l’evoluzione dell’universo dalla sua nascita fino a oggi. Energia oscura, materia oscura, espansione accelerata: tutto parte da lì.
Ma i nuovi dati dicono altro. Nathan Secrest dell’U.S. Naval Observatory e colleghi hanno analizzato la distribuzione di radiogalassie rilevate da telescopi come LOFAR, NVSS e i satelliti a infrarossi CatWISE. Hanno trovato che l’anomalia dipolo nella materia è troppo grande rispetto a quella nella radiazione cosmica di fondo. La direzione combacia, ma l’ampiezza no. È come se stessimo viaggiando a 1.357 km/s invece dei 370 km/s che la radiazione cosmica suggerisce. Il sistema di riferimento in cui la materia appare isotropa non è lo stesso in cui lo è la radiazione. Oppure, peggio, c’è un’anisotropia intrinseca nell’universo che nessuno aveva previsto.
Il test di Ellis-Baldwin, proposto nel 1984, chiedeva proprio questo: se ci muoviamo attraverso l’universo, la distribuzione della materia lontana dovrebbe mostrare la stessa asimmetria della radiazione cosmica di fondo.
Ma l’universo “fallisce” il test. La discrepanza ha superato 5 sigma: in fisica delle particelle, questo livello di significatività statistica equivale a una scoperta confermata.
Quando le galassie dicono no
L’idea è semplice: se ti muovi rispetto a un mare di oggetti distribuiti uniformemente, vedrai più oggetti nella direzione in cui ti stai muovendo e meno in quella opposta. È geometria. Gli astronomi usano questo effetto per misurare la nostra velocità attraverso l’universo. Prendono cataloghi di radiogalassie, contano quante ne vedono in ogni direzione del cielo e calcolano l’asimmetria. Il problema è che questa asimmetria è troppo grande.
Subir Sarkar, coautore dello studio e professore emerito all’Università di Oxford, spiega che la comunità astronomica ha scelto di ignorare l’anomalia dipolo. Non perché i dati siano sbagliati. I radiotelescopi e i satelliti a infrarossi hanno fonti di errore completamente diverse. Se entrambi restituiscono lo stesso risultato anomalo, il problema non è negli strumenti. Il problema è nel modello. E correggere questo problema richiede di abbandonare non solo il modello Lambda-CDM, ma anche la descrizione FLRW dello spaziotempo, quella che rende l’universo simmetrico per definizione.
L’universo asimmetrico non è una novità
Negli ultimi anni, altri segnali hanno fatto traballare il principio cosmologico. L’energia oscura potrebbe non essere costante come pensavamo. Il tasso di espansione dell’universo misurato vicino a noi non corrisponde a quello calcolato dall’universo primordiale, la cosiddetta tensione di Hubble. Ora si aggiunge l’anomalia dipolo. Tre segnali distinti che convergono verso la stessa conclusione: il modello standard della cosmologia non funziona più.
Alcuni ricercatori hanno proposto spiegazioni alternative. Forse stiamo attraversando una regione dell’universo particolarmente densa, un superammasso locale che distorce le misure. Forse la distribuzione delle radiogalassie non rappresenta bene la distribuzione della materia oscura. Ma finora nessuna di queste ipotesi regge. L’anomalia resta. E con essa il dubbio che l’universo asimmetrico non sia un’eccezione locale, ma una caratteristica strutturale.
Cosa cambia se l’universo è asimmetrico? Tutto. Il principio cosmologico non è solo una comodità matematica. È il fondamento su cui poggia la nostra comprensione dell’espansione cosmica, della materia oscura, dell’energia oscura. Se l’universo non è omogeneo e isotropo, le equazioni di Einstein vanno riscritte da zero. Non esiste più una soluzione semplice che descrive il cosmo come un palloncino che si gonfia. Servono modelli molto più complessi, che tengano conto di anisotropie intrinseche e direzioni privilegiate nello spazio.
I prossimi telescopi diranno la verità
Nei prossimi anni arriveranno dati decisivi. Il Vera Rubin Observatory, lo Square Kilometre Array, i satelliti Euclid e SPHEREx mapperanno il cielo con una precisione senza precedenti. Se l’anomalia dipolo si conferma con nuovi cataloghi di radiogalassie e quasar, il modello Lambda-CDM crolla. Non ci saranno più aggiustamenti possibili.
Alcuni sperano che l’intelligenza artificiale possa aiutare. Gli algoritmi di machine learning potrebbero individuare pattern nascosti nei dati, suggerire nuove soluzioni alle equazioni di campo, costruire modelli cosmologici alternativi. Ma per ora siamo ancora qui, con un universo asimmetrico che non dovrebbe esserlo e un modello teorico che non riesce a spiegarlo.
Nel 1929 Edwin Hubble scoprì che l’universo si espande. Bastarono poche osservazioni per cambiare la fisica per sempre. Oggi potremmo essere di fronte a un cambiamento simile. La radiazione cosmica di fondo e la distribuzione delle galassie raccontano due storie diverse. Una delle due mente. Oppure nessuna delle due mente, e l’universo è più complicato di quanto pensavamo.
Il che, a ben vedere, non sarebbe una sorpresa. L’universo non ha mai avuto l’abitudine di semplificarci la vita.
