Due dei grandi misteri dell’universo potrebbero avere una loro dimensione

Una profonda crepa si sta allargando nel modello standard della cosmologia: il tasso di espansione dell’universo, noto come costante di Hubble, non sembra essere lo stesso, a seconda di come lo si misuri. Recenti studi hanno rivelato che il tasso di espansione dell’universo primordiale e quello dell’universo più recente variano di circa il 9 percento. Questa discrepanza, o “tensione di Hubble”, ha scatenato un acceso dibattito nella comunità cosmologica, come sottolineato dalla fisica Teixeira e i suoi coautori, che si interrogano se tale differenza sia dovuta a errori sistematici o sia invece un segnale di “nuova fisica”.

Una possibile risposta a questa crisi arriva da un nuovo modello che ipotizza un universo dove l’energia oscura e la materia oscura interagiscono. In questo scenario, ciò che sembrava una contraddizione diventa un esito atteso. Se energia e materia oscura fossero in interazione, ciò potrebbe significare che condividono un’origine comune, come suggerito dal fisico Khoury. Lavori in corso nell’ambito della teoria delle stringhe, l’idea che il nostro universo sia composto da stringhe vibranti a livello più fondamentale, suggeriscono un modo in cui questi concetti potrebbero collegarsi. Nel 2019, basandosi sull’idea che l’energia oscura sia naturalmente variabile, Cumrun Vafa di Harvard e due suoi collaboratori hanno concluso che anche la massa delle particelle di materia oscura potrebbe variare nel tempo, portandoli a proporre nel 2022 un legame con una “dimensione oscura”.

La teoria delle stringhe postula l’esistenza di sei o sette dimensioni extra, oltre alle nostre familiari tre spaziali e una temporale. Tutte queste dimensioni sono ritenute essere le più piccole fisicamente possibili, vicine alla scala di Planck (10-35 metri). Tuttavia, i ricercatori hanno proposto che la dimensione oscura potrebbe essere significativamente più grande delle altre, nell’ordine di un micron (10-6 metri). In questo scenario, i gravitoni, particelle teoriche che trasmettono la forza di gravità, potrebbero “sfuggire” in questa dimensione oscura ingrandita. Facendolo, acquisirebbero massa e diventerebbero “gravitoni oscuri”. Questi gravitoni massicci risiederebbero nella dimensione oscura, ma i loro effetti gravitazionali potrebbero essere percepiti nelle altre dimensioni, permettendo loro di svolgere il ruolo normalmente attribuito alla materia oscura.

“C’è un accoppiamento molto naturale tra energia oscura e materia oscura in questo scenario”, ha affermato Georges Obied, fisico dell’Università di Chicago. Le variazioni nella dimensione oscura influenzerebbero sia l’energia oscura che la materia oscura. In uno studio in uscita a luglio 2025, Obied e Vafa, insieme ad Alek Bedroya di Princeton e David Wu di Harvard, hanno scoperto che lo scenario proposto nel 2019 è coerente con i dati del DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument). Il loro modello prevede che la forza dell’energia oscura e la massa della materia oscura diminuiranno nel tempo e che il tasso di cambiamento dell’energia oscura sarà proporzionale alla sua densità. Dato che le misurazioni astrofisiche ci dicono che la densità di energia dell’energia oscura è straordinariamente piccola, Vafa ha concluso: “Non cambierà velocemente. Non è sorprendente che non l’abbiamo visto fino ad ora, perché il tasso di cambiamento è così minuscolo. Abbiamo dovuto aspettare l’intera età dell’universo per rilevare qualcosa di così piccolo.”