L’Universo senza compleanno

Secondo il modello del Big Bang, la struttura su larga dell’Universo si espande continuamente, e sempre più velocemente, e lo spazio appare mediamente uguale in ogni direzione. Inoltre, il modello del Big Bang assume che la fisica convenzionale, inclusa la teoria della gravità di Einstein, sia più o meno corretta. In base a questo modello, se si riavvolge indietro di 13,8 miliardi di anni la storia cosmica si arriva ad un “inizio” in cui l’Universo si trovava in uno stato fisico incredibilmente caldo e denso: stiamo parlando della singolarità gravitazionale. Il tempo inizia quando questa singolarità esplode nel Big Bang. Stephen Hawking ha dichiarato che è possibile “eliminare” dalle nostre teorie cosmologiche alcuni eventi “prima” del Big Bang in quanto non esiste alcun modo di misurarli. Tuttavia, la domanda su ciò che ha preceduto il Big Bang rimane ancora affascinante e per qualche scienziato non si può evitare dal punto di vista teorico.

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Simulare la radiazione di Hawking con un buco nero ‘artificiale’

Circa 40 anni fa, Stephen Hawking sbalordì i cosmologi quando annunciò che i buchi neri non sono completamente neri, dato che una piccola quantità di radiazione, detta radiazione di Hawking, sarebbe stata in grado di sfuggire all’intensa attrazione gravitazionale. Nel corso del tempo, questa conseguenza emersa nel tentativo di riconciliare la meccanica quantistica e la relatività generale ha sollevato una questione fondamentale, nota come paradosso della (perdita di) informazione dei buchi neri, sul fatto che l’informazione codificata nella radiazione svanisca definitivamente con essa una volta superato l’orizzonte degli eventi.

Gli assioni, una possibile spiegazione all’enigma della materia scura

Uno dei misteri a cui i cosmologi stanno tentando di dare una risposta è quello di capire come mai l’Universo è così come lo vediamo. Nel fare ciò, sono state introdotte tutte una serie di idee che, però, non possono essere verificate. Una di queste è il concetto di materia scura quella enigmatica componente che gli scienziati ritengono formi quasi l’80% di tutta la materia presente nell’Universo. Ora, un problema che emerge con il modello cosmologico standard è dovuto al fatto che un particolare isotopo, il litio-7, dovrebbe essere molto più abbondante assumendo corretto il modello.

I teorici suggeriscono che subito dopo il Big Bang, lo spazio era come riempito da una sorta di miscela supercalda composta da protoni e neutroni che con il passare del tempo si fuse per dar luogo al deuterio e ai due isotopi dell’elio e del litio. Successivamente, man mano che la temperatura dello spazio diventava sempre più bassa, gli elettroni cominciarono a legarsi ai nuclei atomici, un processo che causò la formazione di tutti gli altri elementi che conosciamo oggi. La teoria, che si basa sull’osservazione della radiazione cosmica di fondo, non spiega l’eccesso di litio-7 rispetto a quanto esiste attualmente quando si prova a descrivere l’intero processo fisico. Per risolvere il problema, un gruppo di ricercatori dell’Università della Florida hanno avanzato una ipotesi in base alla quale essi suggeriscono che una ipotetica particella, un bosone di massa modesta chiamato assione, potrebbe spiegare questa discrepanza. In altre parole, gli scienziati affermano che se questa particella esiste davvero allora essa potrebbe aver prodotto una sorta di stato condensato di Bose-Einstein che avrebbe congelato, per così dire, quei fotoni primordiali. In questo modo, la quantità di litio-7 prodotta diventa inferiore rispetto a quanto calcolato e risulta così consistente con quanto viene trovato oggi. Insomma, questa ipotesi potrebbe risolvere il cosiddetto problema del litio-7 ed essere allo stesso tempo un modo per provare indirettamente il fatto che gli assioni sono effettivamente particelle reali. In definitiva, tutto ciò, forse, darebbe una maggiore credibilità a quei modelli che tentano di spiegare come si sono formate tutte le cose che ci circondano.

ArXiv: Axion Dark Matter and Cosmological Parameters