L’universo è omogeneo e isotropo

L’universo ha le sue regole. E una fra le principali, fondamentale al punto da essere stata battezzata principio cosmologico, afferma che, su scala opportunamente grande, l’universo è omogeneo e isotropo. È un principio derivante nientemeno che dalle equazioni di Einstein, e significa non solo che non esistono posizioni o punti di vista “privilegiati” (al contrario di quanto sostenevano, per esempio, i modelli geocentrici), ma anche che la materia in esso contenuta è distribuita in modo uniforme. Ma non tutti sono d’accordo. Negli ultimi anni sono usciti studi nei quali si ipotizza che il cosmo possa avere un’architettura frattale: non una distribuzione indistinta come vorrebbe il principio cosmologico, dunque, bensì strutture che si ripetono in modo ricorsivo, dal micro al macro, su scala sempre più grande. Dove sta la verità? Uno studio in uscita su Monthly Notices, condotto da un team guidato da Morag Scrimgeour, giovane dottoranda australiana, dà ragione al principio cosmologico. Vediamo perché.

Il principio cosmologico, a guardarci attorno, risulta assai controintuitivo: se infatti alziamo lo sguardo al cielo, vediamo pianeti, stelle, galassie e via dicendo. Ovvero, addensamenti più o meno estesi separati da enormi spazi vuoti. Altro che omogeneità, verrebbe da dire. La spiegazione dell’apparente incongruenza sta tutta nella frase “su scala opportunamente grande”: le strutture che osserviamo sono significative entro il nostro orizzonte limitato, ma guardando l’universo attraverso il grandangolo della cosmologia, ampliando dunque lo sguardo fino a comprendere il cosmo intero, diventerebbero dettagli insignificanti.

I sostenitori del modello frattale, invece, ritengono che le strutture, seppur di dimensioni via via maggiori, si mantengano significative anche allargando a dismisura il campo di vista. Proprio come accade con altri innumerevoli esempi di geometria frattale che ci offre la natura – dai cristalli dei fiocchi di neve alle ramificazioni dei fulmini, dalle spirali delle conchiglie alle cime dei broccoli – anche l’universo mostrerebbe un’autosimilarità di fondo, con le stelle che si aggregano in galassie, le galassie in ammassi, gli ammassi in superammassi e via dicendo.

La chiave per dirimere la disputa sta tutta nelle dimensioni.Fino a che punto si spinge l’iterazione che vedrebbe, secondo i sostenitori del modello frattale, gli ammassi di galassie addensarsi in ammassi di ammassi di ammassi…? Oppure: quanto dev’essere grande, la “scala opportunamente grande”, perché l’universo si mostri omogeneo? Ebbene, usando il più ampio “grandangolo” a disposizione – la survey WiggleZ, un catalogo di oltre 200mila galassie per un volume totale di circa 3 miliardi di anni luce cubi di cosmo – Morag Scrimgeour è riuscita a dare una risposta: 350 milioni di anni luce. Oltre questo confine, la matrioska frattale esaurirebbe le sue bambole. E l’omogeneità prevista dal principio cosmologico inizierebbe ad emergere sempre più prepotentemente, annullando qualsivoglia struttura nell’indistinta uniformità del tutto.

«Il lavoro di Morag Scrimgeour e colleghi è molto interessante», commenta Carlo Burigana, cosmologo presso l’INAF IASF Bologna e curatore del volume “Questions of Modern Cosmology”, «perché va a sondare la distribuzione della materia nell’universo, così come viene mappata dalle galassie, su una scala ben maggiore di quelle investigate finora per questa via.  Lo studio completa perciò la nostra conoscenza, collocandosi tra le larghe scale accessibili con il fondo cosmico a microonde, che il prossimo anno vedrà ulteriori sostanziali progressi dai dati del satellitePlanck dell’ESA, e quelle più piccole accessibili alle survey di galassie. È fondamentale aver verificato che su tali scale l’universo appare in buona approssimazione omogeneo: ciò costituisce un test cruciale del principio cosmologico e della nostra attuale visione dell’universo».

INAF