Una survey galattica per studiare l’accelerazione cosmica

Sappiamo che l’Universo si espande ad un ritmo accelerato. Tuttavia, ciò che causa tale espansione accelerata rimane ancora un mistero. La spiegazione più plausibile è che esista una strana forma di energia, detta “energia scura“, che guida l’espansione cosmica. Oggi, un nuovo strumento astronomico, chiamato Physics of the Accelerating Universe Camera (PAUCam), cercherà delle risposte esplorando l’Universo con un metodo innovativo. La camera, che registrerà la posizione di circa 50.000 galassie, potrebbe far luce anche sulla natura della materia scura e quindi sull’evoluzione cosmica.

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Il collasso ‘imminente’ dell’Universo

Alcuni fisici hanno proposto un meccanismo secondo cui il nostro Universo terminerà ad un certo punto la sua espansione ed inizierà a collassare su sé stesso. I calcoli suggeriscono che tale collasso sia “imminente”, almeno su scale di tempo astronomiche, e potrà avvenire tra qualche decina di miliardi di anni.

La prova matematica sull’origine ‘spontanea’ dell’Universo

I cosmologi ritengono che le fluttuazioni quantistiche abbiano permesso all’Universo di emergere spontaneamente dal nulla. Oggi, essi hanno la prova matematica che supporterebbe tale idea.

Dai paradossi della cosmologia a nuove idee sull’Universo

Alcune semplici osservazioni del mondo che ci circonda sembrano contraddire le leggi della fisica. Risolvere questi paradossi potrebbe cambiare il modo con cui comprendiamo l’Universo.

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.

Il destino dell’Universo è davvero legato al bosone di Higgs?

La risposta è: no! Il bosone di Higgs non è ‘pericoloso’ e non distruggerà l’Universo. Per fare meglio il punto su quanto riportato dai vari media in questi giorni, cominciamo con il dire che il bosone di Higgs è un tipo di particella, una minuscola fluttuazione di un campo scalare complesso detto campo di Higgs. Questa particella alquanto “modesta”, se si è fortunati a crearne una (ricordiamo che LHC ne produce una su un trilione di collisioni protone-protone) ha una vita molto breve perché si disintegra trasformandosi in altre particelle in una piccolissima frazione di secondo, meno del tempo che impiega la luce per andare da una “estremità all’altra di un atomo”. Se qualcuno la pensa diversamente è perché ha letto probabilmente le recenti dichiarazioni di Stephen Hawking in occasione dell’uscita del suo libro Starmus – 50 Years of Man in Space (post).

Alla ricerca di evidenze ‘sperimentali’ a favore del multiverso

Il Big Bang rappresenta il più grande enigma della moderna cosmologia, cioè la singolarità iniziale che ha dato origine al nostro Universo. Qui, le leggi della fisica, almeno come noi le conosciamo, vengono meno e ad oggi non siamo in grado di descrivere esattamente cosa sia avvenuto.

L’Universo olografico

Un gruppo di ricercatori dell’University of Southampton stanno lavorando ad un progetto scientifico che potrebbe svelare i segreti della struttura del nostro Universo.

Kostas Skenderis, a capo del Dipartimento di Fisica Matematica dell’Università, dichiara: “Uno dei maggiori obiettivi della ricerca nel campo della fisica teorica riguarda il principio olografico. Secondo questo principio, il nostro Universo potrebbe essere pensato come un ologramma e perciò vogliamo capire come possiamo formulare le leggi della fisica per questo tipo di Universo”. Un articolo recente apparso su Physical Review D fa il punto sull’esistenza di una possibile connessione tra uno spaziotempo a curvatura negativa e uno spaziotempo piatto. Di solito, lo spaziotempo descrive uno spazio in tre dimensioni dove il tempo ha il ruolo della quarta dimensione. Presi insieme essi formano una entità continua o uno stato fisico in cui i quattro elementi non possono essere distinti. Uno spaziotempo piatto e uno a curvatura negativa descrivono un ambiente in cui l’Universo non è compatto. In questo caso lo spazio si estende all’infinito, per sempre nel tempo, ed in ogni direzione. Le forze gravitazionali, come quelle prodotte da una stella, sono ben descritte da uno spaziotempo piatto. Uno spaziotempo curvo descrive invece un Universo riempito con una energia del vuoto negativa. La matematica dell’olografia si comprende meglio per uno spaziotempo a curvatura negativa. Skenderis ha sviluppato un modello matematico che mostra delle forti somiglianze tra uno spaziotempo a curvatura negativa e uno a curvatura zero, in cui il primo viene formulato tenendo conto di un numero negativo di dimensioni che vanno al di là della nostra percezione della realtà fisica. “Secondo il principio olografico, al livello fondamentale l’Universo ha una dimensione inferiore rispetto a quelle che percepiamo nella nostra vita quotidiana ed è governato da leggi fisiche simili a quelle che descrivono l’elettromagnetismo. Questa idea è analoga a quella che caratterizza i comuni ologrammi dove una immagine tridimensionale è codificata su una superficie bidimensionale, come ad esempio l’ologramma di una carta di credito, e allo stesso modo essa si applica alla struttura dell’intero Universo. Nell’Ottobre del 2012, Skenderis è stato nominato tra i 20 scienziati candidati a ricevere un premio nell’ambito delle nuove frontiere dell’astronomia e della cosmologia. Lo scienziato ha ricevuto un premio di $175.000 per studiare il problema relativo all’origine dello spazio e del tempo.

University of Southampton: Point zero. Exploring the dawn of time

University of Southampton: New mathematical model links space-time theories

arXiv: AdS/Ricci-flat correspondence and the Gregory-Laflamme instability

La costante cosmologica, il ‘più grande abbaglio’ della fisica?

Che cos’è in definitiva la costante cosmologica? E’ uno dei puzzle a cui stanno tentando di dare una risposta i cosmologi. Oggi, uno studio recente potrebbe fornire una nuova spiegazione che deriva dai concetti della gravità quantistica.

I cosmologi moderni ritengono che la costante cosmologica, introdotta da Einstein nelle equazioni della relatività generale per controbilanciare l’espansione dell’Universo, sia “la peggiore predizione della fisica”. Di fatto, quando si tenta di determinare il suo valore, i calcoli danno un valore di circa 120 ordini di grandezza superiore rispetto al valore stimato. Come mai esiste questa enorme discrepanza? (vedasi Idee sull’Universo per un maggiore approfondimento su questo tema). Oggi, un gruppo di fisici stanno considerando un nuovo modo di guardare alla costante cosmologica Λ che si ritiene guidi, per così dire, l’espansione accelerata dell’Universo. Se da un lato essa viene di solito interpretata in termini di energia del vuoto, secondo questa nuova interpretazione si ritiene che la costante cosmologica emerga da una descrizione quantistica della gravità su scale microscopiche, un obiettivo che, però, rimane ancora al di là delle nostre attuali conoscenze scientifiche.

arXiv: Cosmological Constant: A Lesson from Bose-Einstein Condensates

Quanto tempo rimane alla fine dell’Universo?

L’energia scura costituisce il 73% circa del contenuto materia-energia dell’Universo e perciò da essa dipende il destino del nostro Universo. I cosmologi hanno introdotto vari scenari che, però, sono tutti legati alle proprietà di questa componente enigmatica: uno di questi si basa sul modello del Big Rip  (vedasi Enigmi Astrofisici). Questo interessante argomento è stato di recente affrontato da cinque ricercatori delle University of Science and Technology of China, dell’Institute of Theoretical Physics at the Chinese Academy of Sciences, della Northeastern University e della Peking University.

Per millenni, gli uomini si sono sempre chiesti da dove veniamo e dove andiamo, domande fondamentali le cui risposte oggi cominciano ad avere una propria definizione grazie soprattutto ai progressi della cosmologia moderna degli ultimi trent’anni. Il modello standard cosmologico, noto anche come “Hot Big Bang + Inflation”, è stato sviluppato per spiegare l’origine e l’evoluzione dell’Universo, ma per capire quale sarà la sua fine gli scienziati devono comprendere la natura e l’essenza dell’energia scura. Dunque, la domanda è: quanto siamo distanti dalla fine? I calcoli, che si basano sulle attuali osservazioni, suggeriscono che mancano al meglio 103,5 miliardi di anni al Big Rip, mentre al peggio ci vogliono almeno 16,7 miliardi di anni. La domanda che segue è: cosa ne sarà delle strutture cosmiche, quali stelle e galassie? Se l’energia scura diventerà sempre predominante, si arriverà ad un momento in cui ogni singola struttura legata dalla gravità sarà disgregata. Ad esempio, nell’ipotesi pessimistica, la Via Lattea terminerà di essere una galassia tra 32,9 miliardi di anni; due mesi prima del “giorno del giudizio” la Terra sarà stata distrutta dal Sole; cinque giorni prima, la Luna sarà stata distrutta dalla Terra; il Sole sarà distrutto 28 minuti prima della fine di tutto e 16 minuti prima della fine del tempo, la Terra esploderà. Una cosa è comunque certa: nonostante ad oggi sappiamo poco o nulla sulle proprietà dell’energia scura, abbiamo ancora molto tempo prima della fine del tempo.

Science China: Dark energy and fate of the Universe