A scuola ci hanno insegnato che quel grande ammasso di spazio e materia che campeggia sulle nostre teste che chiamiamo Universo è cominciato circa 13 miliardi di anni fa con un'esplosione: il Big Bang! Ma oggi, potrebbe essere venuto il momento di salutare la tanto famosa teoria per fare spazio a nuove idee sull'origine dello spazio-tempo.

Il modello standard del Big Bang suppone che l'Universo si venuto fuori da un'esplosione degenerata da un punto infinitamente denso, detto "singolarità".

Nessuno però è in grado di dire cosa abbia potuto innescare l'immane esplosione, ne cosa ci fosse prima: le leggi conosciute della fisica non sono in grado di spiegare cosa sia successo in quel momento.

"Tutti i fisici sanno che dalla singolarità può venir fuori di tutto: universi, draghi e streghe", scherza Niayesh Afshordi, astrofisico presso l'Istituto Perimeter di Fisica Teorica di Waterloo, Canada.

Risulta anche difficile spiegare come una violenta esplosione come il Big Bang abbia potuto lasciarsi alle spalle un universo con una temperatura quasi completamente uniforme, dato che sembra non esserci stato abbastanza tempo dalla nascita del cosmo per poter raggiungere l'equilibrio termico che oggi registriamo.

Per la maggior parte dei cosmologi, la spiegazione più plausibile per tale uniformità è che subito dopo l'inizio del tempo, una qualche forma sconosciuta di energia abbia fatto espandere il giovane universo ad una velocità maggiore di quella delle luce.

In tal modo, una piccola zona con temperatura approssimativamente uniforme si sarebbe espansa dando vita all'equilibrio termico che vediamo oggi. Ma come nota Afshordi su Nature, il Big Bang era così caotico che non sarebbe mai potuto esistere un'area così omogenea dal punto di vista termico.

Una nuova idea

In un articolo pubblicato la settimana scorsa su arXiv, Afshordi e colleghi hanno ipotizzato che l'Universo osservabile possa essere il risultato dei detriti espulsi dal collasso di una mastodontica stella in un buco nero, teoria che potrebbe spiegare perchè il cosmo sembra essere così uniforme in tutte le direzioni.

Il lavoro riprende un modello cosmologico realizzato nel 2000 da un gruppo di ricercatori guidato da Gia Dvali, fisico della Ludwig Maximilians University di Monaco di Baviera, in Germania, nel quale l'Universo tridimensionale è concepito come una membrana (o brana), che fluttua in uno spazio a quattro dimensioni.

Il team di Ashfordi si è reso conto che se tale spazio contiene proprie stelle a quattro dimensioni, alcune di esse possono collassare formando buchi neri quadridimensionali, allo stesso modo in cui avviene nel nostro universo: esplodono come supernovae, espellendo il loro strato esterno, mentre lo strato interno collasso in un buco nero.

Nel nostro universo, un buco nero è delimitato da una superficie bidimensionale chiamata orizzonte degli eventi. Mentre in un buco nero in uno spazio a quattro dimensioni sarebbe delimitato da un orizzonte degli eventi a forma di ipersfera, cioè una superficie tridimensionale.

Quando il team di Ashfordi ha simulato la morte di una stella 4D, ci si è resi conto che il materiale espulso formerebbe una membrana 3D in espansione. I ricercatori hanno ipotizzato che l'universo 3D in cui viviamo potrebbe essere solo una membrana in espansione: "Gli astronomi misurano l'espansione dell'universo a partire dal Big Bang, ma si tratta solo di un miraggio", dice Afshordi.

Il modello spiega la fondamentale uniformità del nostro Universo, dato che lo spazio 4D potrebbe esistere da un tempo infinitamente più lungo, consentendo l'equilibrio che il nostro spazio avrebbe ereditato.

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Tuttavia, tale modello teorico sembra essere discrepante con i dati diffusi dall'Osservatorio Planck dell'Agenzia Spaziale Europea, il quale ha mappato le lievi fluttuazioni di temperatura nella radiazione cosmica di fondo (la radiazione fossile che porte l'impronta dei primi istanti di vita dell'Universo).

Sperando di risolvere la discrepanza, Afshordi afferma che per ora il suo modello è in fase di raffinazione. Il ricercatore ha incassato anche i complimenti di Dvali, il quale ha elogiato il modo ingegnoso in cui la squadra ha messo in crisi il modello standard del Big Bang.

"La singolarità all'origine dell'Universo è il problema più fondamentale della cosmologia", dice Dvali. "Ahshordi ha riscritto il modello in un modo mai concepito prima.

Considerando che i dati di Planck dimostrano la correttezza della Teoria dell'Inflazione, tuttavia lasciano aperta la questione di come essa sia avvenuta. Lo studio potrebbe aiutare a capire che l'inflazione viene attivata dal movimento dell'Universo attraverso una realtà a più dimensioni".