L’Universo sull’orlo di un precipizio

Più osserviamo l’Universo e più ci appare strano. Oggi, fisici e astronomi sono impegnati ad affrontare tutta una serie di ostacoli per comprendere alcuni aspetti sull’origine e il contenuto dell’Universo. Qui di seguito, esaminiamo con l’aiuto di alcuni scienziati cinque problematiche che sembrano inspiegabili e ci chiediamo che cosa si cela dietro di essi.

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L’importanza degli universi virtuali

Mentre gli scienziati di diversi campi di studio possono condurre esperimenti in laboratorio, come i fisici delle particelle con i loro grandi acceleratori o i biologi che utilizzano potenti microscopi, gli astronomi non sono in grado di studiare da vicino una stella o un pianeta. Persino i telescopi più avanzati forniscono solo immagini istantanee del cosmo in cui sono veramente pochi i cambiamenti che possono essere analizzati durante la nostra vita. Rimangono, perciò, questioni aperte, come ad esempio il problema che riguarda la formazione della nostra galassia, che cos’è la materia scura e quale sia il ruolo che hanno i buchi neri supermassicci che risiedono nel nucleo delle galassie. Nel tentativo di rispondere a queste problematiche, oggi alcuni cosmologi stanno affrontando progetti ambiziosi: creare “universi virtuali” che, grazie alle simulazioni al computer, potranno fornire preziosi indizi per comprendere l’evoluzione cosmica.

L’espansione cosmica va rivista?

Una discrepanza peculiare sta portando gli astronomi a riflettere su ciò che sappiamo sull’espansione dell’Universo, che mostrerebbe una maggiore accelerazione di quanto misurato. Se questo è vero, potrebbe esistere “qualcosa” di più profondo che ci sfugge. E questo qualcosa potrebbe essere collegato, forse, all’esistenza di nuove particelle o suggerire che l’energia scura, quell’enigmatica componente che sta causando l’espansione accelerata dello spazio, possa variare nel corso del tempo. I risultati di questo studio sono riportati su Astrophysical Journal.

La ‘porta’ segreta dei buchi neri

Uno dei problemi più grossi che si incontra quando si studiano i buchi neri riguarda le leggi della fisica, almeno così come noi le conosciamo: esse cessano di essere valide nelle loro “regioni” più profonde. Enormi quantità di materia ed energia si concentrano in un punto infinitamente piccolo dello spazio, la cosiddetta singolarità gravitazionale, dove la curvatura dello spaziotempo tende all’infinito e tutta la materia viene “distrutta”. Oggi, uno studio recente condotto da alcuni ricercatori dell’Institute of Corpuscular Physics (IFIC, CSIC-UV) a Valencia suggerisce che la materia potrebbe, di fatto, sopravvivere al suo destino una volta catturata da questi mostri del cielo e riemergere dall’altra parte. I risultati di questo studio sono pubblicati su Classical and Quantum Gravity.

Osservare lì dove non c’è nulla

Molte informazioni potrebbero essere contenute nei vuoti cosmici. È quanto emerge da uno studio pubblicato su Physical Review Letters in cui un gruppo internazionale di astronomi presenta nuove strategie di ricerca per esplorare il comportamento della gravità e la natura dell’energia scura.

Big Bounce, un’ipotesi alternativa sull’origine dell’Universo

In uno studio recente pubblicato su Physical Review Letters Steffen Gielen dell’Imperial College di Londra e Neil Turok, direttore del Perimeter Institute for Theoretical Physics in Canada, mostrano come l’ipotesi del Big Bounce possa rappresentare una via per spiegare l’origine del nostro Universo.

Hubble trova un’espansione più accelerata dell’Universo

Grazie ad una serie di osservazioni realizzate col telescopio spaziale Hubble per misurare più accuratamente la distanza delle stelle che si trovano in una ventina di galassie, gli astronomi hanno trovato che l’Universo si sta attualmente espandendo più velocemente rispetto al ritmo derivato dalle misure effettuate durante le epoche primordiali subito dopo il Big Bang. Se confermata, questa apparente inconsistenza potrebbe rappresentare un importante indizio per comprendere tre delle più elusive componenti dell’Universo: la materia scura, l’energia scura e i neutrini. I risultati di questo studio sono riportati su Astrophysical Journal.

Quei ‘fossili’ cosmici dell’Universo primordiale

Circa 13,8 miliardi di anni fa, il nostro Universo emerse da una sorta di “puntino quantico” il cui volume si espanse, secondo alcune stime, di un milione di trilioni di trilioni di trilioni di trilioni di trilioni di trilioni di volte in meno di un miliardesimo di un trilionesimo di trilionesimo di secondo. Da qui in poi, l’Universo continuò ad espandersi ad un ritmo meno violento, almeno secondo le leggi della fisica così come le conosciamo. Questa è la storia dell’inflazione cosmica, la versione più moderna del modello del Big Bang. Questa singola fase di rapida espansione esponenziale dell’Universo descrive molto bene gli attuali dati cosmologici e tiene conto dell’immensità dello spazio, della sua regolarità e forma geometrica spazialmente piatta su larga scala e della mancanza di direzioni privilegiate. Tuttavia, l’inflazione non spiega come e perchè abbia avuto inizio l’Universo. Le domande che essa solleva, e cioè perchè si ebbe questa rapida espansione dello spazio, come sia avvenuta o che cosa sia eventualmente accaduto prima, hanno confuso gli scienziati sin da quando venne proposta la teoria negli anni ’80.

BICEP3, cercasi prove dell’inflazione cosmica

Quando i ricercatori dell’esperimento BICEP2 annunciarono circa due anni fa di aver rivelato la prima, forte evidenza dell’inflazione cosmica, la notizia fece il giro della rete (post). Come è noto, l’inflazione sarebbe quel periodo di rapida espansione esponenziale che diede forma e volume all’Universo subito dopo il Big Bang. Questo modello è stato proposto per spiegare una serie di problematiche relative al periodo primordiale della storia cosmica e la ricerca di prove a suo favore, o meno, ha trasformato i risultati ottenuti da BICEP2 in un grosso affare. Tuttavia, nel corso dei mesi successivi l’enorme eccitazione per l’eventuale scoperta sfumò: infatti, l’analisi congiunta dei dati con altri esperimenti mostrò che gran parte del segnale, se non completamente tutto, registrato dal rivelatore e attribuito all’inflazione non era altro che prodotto dalla polvere interstellare presente nella Via Lattea (post). Nonostante ciò, tracce dell’inflazione potrebbero celarsi nei dati ed è per questo motivo che gli scienziati non hanno smesso di cercare. In tal senso, a partire dal 15 marzo di quest’anno l’esperimento BICEP3, la versione aggiornata del suo predecessore, ha iniziato a raccogliere dati (post). Le prime osservazioni che utilizzeranno, però, la strumentazione a pieno regime sono previste per il prossimo mese di Novembre.   

Nuovi scenari per l’astronomia gravitazionale

L’annuncio relativo alla rivelazione delle onde gravitazionali da parte del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ha causato una grande eco nell’ambito della comunità dei fisici e astronomi al punto che adesso si dovrà iniziare davvero ad esplorare più in profondità questa nuova finestra sull’Universo. Come è stato già detto, il segnale, registrato il 14 Settembre 2015 da entrambi gli interferometri LIGO, è stato prodotto dalla fusione di due buchi neri di massa iniziale pari a circa una trentina di Soli. Ciò ha permesso agli scienziati di risolvere immediatamente un enigma astrofisico in quanto l’esistenza di binarie di buchi neri era stata messa in dubbio. Ulteriori osservazioni potranno fornirci preziosi indizi sulla natura di oggetti esotici come le stelle di neutroni e le supernovae. Ma siamo solo all’inizio. Le onde gravitazionali ci permetteranno di esplorare non solo alcuni aspetti della fisica fondamentale ma possibilmente potranno portarci ai primi istanti di vita dell’Universo. La domanda è: quali misteri della cosmologia potremo mai risolvere ora che siamo entrati nell’era dell’astronomia gravitazionale?