Cosmologia, Esperimenti

L’universo bambino

Recentemente gli astronomi della missione Planck dell’ESA hanno reso pubblica un immagine storica che ritrae l’universo nei primi vagiti, modificando ancora una volta le nostre conoscenze e mostrandoci un universo più grosso e denso di quando fin ora osservato. L’immagine ottenuta dal satellite Planck è una mappa calorimetrica, cioè mostra la temperatura in funzione dello spazio, dell’universo come appariva solo 380.000 anni dopo il Big Bang, permettendoci di visualizzare uno spazio maculato con deboli macchie dalla quali le galassie sarebbero poi emerse per miliardi di anni.

Radiazione a micronde così come "vista" dal satallite Planck dell'ESA (courtesy of ESA).

Radiazione a micronde così come “vista” dal satallite Planck dell’ESA (courtesy of ESA).

La mappa descritta dal team Planck in 29 pubblicazioni scientifiche è in forte accordo con la visione generale dell’universo emersa dagli studi teorici degli ultimi 20 anni, mostrando un cosmo dominato dalla misteriosa energia oscura che sembra “spingere lo spazio” e la altrettanto misteriosa materia oscura che mantiene unite le galassie. Inoltre mostra quello che sembra essere stata una bolla esplosiva che noi chiamiamo Inflazione e che è stata la dinamite che ha provocato il Big Bang.

Rimanendo comunque all’interno del modello cosmologico standard i nuovi dati raccolti sottolineano l’esistenza di anomalie che richiedono ai teorici di ritornare sulle loro teorie per maggiori conferme ed eventuali revisioni.

Un esempio di questi nuovi spunti viene da un universo che si mostra essere leggermente “grumoso”, con un emisfero nord (osservato dalla Terra) con zone più grandi rispetto a quello sud. Inoltre si è notata anche la presenza di un grande zona fredda nell’emisfero nord di cui non si spiega l’origine.

Mappa delle flutuazioni della radiazione di fondo 13.77 miliardi di anni fa. Credit: NASA / WMAP Science Team

Mappa delle flutuazioni della radiazione di fondo 13.77 miliardi di anni fa. Credit: NASA / WMAP Science Team

Le stesse anomalie erano state riportate dalle mappe prodotte dal satellite NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), ma la loro presenza era stata giustificata da delle analisi sbagliate o dalla contaminazione dei dati dovuta alla presenza della Via Lattea. Ora i cosmologi dovranno quindi prendere molto seriamente queste anomalie e quindi tornare sulle proprie teorie forti di questi “messaggi cosmici” che Planck e WMPA sono riusciti a decodificare. Le ipotesi teoriche che spiegano queste anomalie sono ancora lontane dall’essere scritte ma quello che è sicuro è che potrebbe essere necessario costruire un nuovo modello cosmologico che spieghi le anomalie e le colleghi tra loro. Per fare questo inoltre non si esclude la necessità di dover scrivere un nuovo tipo di fisica.

Il satellite Planck, lanciato nel 2009, ha osservato il cielo registrando i più piccoli segnali all’interno di una selva confusa di micronde che riempio il cielo. Le micronde sono una forma di radiazione elettromagnetica usata ad esempio nei forni casalinghi, ma che è diventata importante nella cosmologia nel 1965, quando Arno Penzias e Robert W. Wilson, due radioastronomi dei Bell Labs cominciarono a rilevarne segnali provenienti dal cosmo, ricevendo per questo il Nobel per la fisica. Le micronde rilevate da Planck arrivano da un epoca di 370000 anni dopo il Big Bang che è molto lontano dalle possibilità delle osservazioni ottiche o radio possibili oggi a disposizione dei cosmologi. I modelli descrivono l’universo dall’epoca osservata fino ad un tremigliardesimo di secondo dopo il Big Bang e cioè nel periodo in cui i cosmologi postulano l’evento d’Inflazione cosmica e che ha dato inizio all’evoluzione cosmica che continua ancora oggi. La loro verifica è proprio lo scopo di Planck.

L’analisi delle dimensioni, della frequenza delle macchie e delle increpature negli anni ha permesso agli astronomi di descrivere la nascita dell’universo con una precisione tale da mettere in crisi anche i filosofi. I nuovi dati permettono agli astronomi di rivedere, seppur di poco l’età dell’universo da 13.7 milioni di anni a 13.8. Un universo che è formato per il 4.9% da massa ordinaria formata da atomi, per il 27% da materia oscura e per il 68% da energia oscura.

Un altra sorpresa per gli astronomi è che l’universo sembra espandersi leggermente più lentamente rispetto alle precedenti misurazioni. La costante di Hubble, che caratterizza la velocità di espansione, è 67 km per secondo per Mpc in accordo con Planck. Recenti misurazioni da terra combinate con i dati WMAP davano un valore di 69 e questo ha spinto i cosmologi a ritornare alle loro simulazioni per verificare i modelli di evoluzione, focalizzandosi soprattutto sul contributo all’espasione dato dall’energia oscura, di cui ancora conosciamo veramente poco.

Un altro punto sui cui dati gettano una luce nuova è la nozione di inflazione che negli ultimi 30 anni è stata la spina dorsale delle teorie cosmologiche basate sul Big Bang. Sotto l’influenza di una forza ancora non spiegata, durante il primo 3 miliardesimo di secondo di vita dell’universo, la sua dimensione è passata da dimensioni paragonabili alle distanze subatomiche a dimensioni 3 miliardi di miliardi di volte maggiori in un tempo leggermente più breve di un battito di ciglia. Le flutuazioni quantistiche a livello submicroscopico nell’energia che permeava l’universo in quegli istanti hanno prodotto le macchie più calde osservate da Planck nel fondo di radiazione a micronde, dal quale, come già indicato le galassie presero a formarsi. Questo è in accordo ai più semplici modelli inflazionistici.

I cosmologi ancora non sanno cosa ha causato l’inflazione, ma i recenti passi avanti verso la verifica dell’esistenza del Bosone di Higgs hanno portato l’evidenza di campi che potrebbero provocare tale scenario. Questo ci mostra come anche minimi affinamenti di valori ritenuti costanti e conoscenze ormai consolidate da decine di anni possano portare la nostra comprensione del cosmo verso nuove pagine ancora tutte da scrivere.

In fine, per i volenterosi che sono arrivati alla fine di questo post, eccovi un regalo e cioè la possibilità di seguire in streaming la presentazione dei dati che si terrà in Via Celoria 16 al Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Milano. Eccovi il link: http://portalevideo.unimi.it/diretta/planck. Ovviamente se potrò mi collegherò anch’io.

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