Comprendere l’espansione accelerata dell’universo, guidata dalla misteriosa energia oscura, è una delle grandi sfide dell’astronomia moderna. Uno studio pubblicato dai ricercatori dell’Universidade Estadual Paulista (UNESP) può aiutare in questa ricerca, poiché propone di utilizzare concetti della termodinamica per descrivere questo fenomeno.
L'idea di un universo in espansione fu proposta per la prima volta nel 1927 da Georges Lemaitre, l'astronomo e sacerdote che introdusse il mondo al concetto di Big Bang. Due anni dopo, Edwin Hubble confermò l'idea osservando che le galassie lontane si stavano allontanando da noi.
Da allora, gli astronomi hanno utilizzato una costante per descrivere la velocità di espansione, che inizialmente era stata misurata dallo stesso Hubble con un ampio grado di incertezza. Oggi esistono misurazioni più accurate, ma differiscono ancora l'una dall'altra.
Nel 1998, gli astronomi scoprirono che l'espansione stava accelerando, portando alla conclusione che la costante di Hubble non era esattamente costante, ma un tasso che cambiava nel tempo. Ciò ha dato origine al concetto di energia oscura, una forza invisibile che accelera l’espansione.
Nessuno però sa ancora esattamente cosa sia l’energia oscura, per questo vi sono grandi controversie e vengono avanzate diverse ipotesi per cercare di spiegare questo mistero. Il nuovo studio suggerisce che la variazione del tasso di espansione nel tempo assomiglia a una transizione di fase termodinamica.
Le misurazioni attuali indicano che l'espansione è adiabatica e anisotropa, cioè senza scambio di calore e non uniforme nelle diverse regioni dell'universo. “I concetti di base della termodinamica ci permettono di concludere che ogni espansione adiabatica è accompagnata da un raffreddamento”, ha affermato il professor Mariano de Souza dell'UNICEF, che ha guidato lo studio.
Anche se il sistema di espansione non è esposto a scambio termico con l'ambiente, il raffreddamento avviene per la perdita di energia interna utilizzata nei lavori di espansione. È vero anche il contrario: se il sistema si contrae costantemente, il lavoro porta ad un aumento di energia e quindi di temperatura.
Questa relazione tra espansione adiabatica e raffreddamento è nota come effetto barocalorico e può essere misurata con qualcosa noto come rapporto di Grüneissen. Ciò che hanno fatto i ricercatori dell’UNESP è stato applicare il potente parametro Grüneisen per descrivere aspetti dell’espansione dell’universo.
Secondo Souza, questo “fornisce un nuovo modo per studiare gli effetti anisotropi associati all’espansione dell’universo”. Il suo team si aspetta “un cambiamento da un regime di lenta espansione”. [na era dominada pela radiação e pela matéria] Per sistemi ad espansione accelerata [na era dominada pela energia escura] “È come una transizione di fase termodinamica.”
L'articolo spiega che il parametro effettivo di Grüneisen “cambia segno quando l'espansione dell'universo passa da decelerazione ad accelerazione. “Un tale cambiamento nel segnale assomiglia a una tipica firma delle transizioni di fase nella fisica della materia condensata”, ha aggiunto Souza.
Se questo è vero, significa che la costante cosmologica (rappresentata da LAMBDA, o Λ) utilizzata nel modello Λ-CMD (Lambda materia oscura fredda) ha un valore variabile, a differenza del modello attuale che dà a Λ un valore fisso. Questo cambiamento porterebbe a una dipendenza temporale di questa costante, portando nuove intuizioni sull’universo.
Lo studio è stato pubblicato in Risultati in fisica.
fonte: Fabisb
