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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SMASH, un ‘frullatore’ di teorie

Cinque dei più grandi problemi della fisica fondamentale potrebbero essere risolti in un solo colpo. È quanto emerge da uno studio guidato da Guillermo Ballesteros dell’Università di Paris-Saclay in Francia e collaboratori che propongono un nuovo modello, denominato SMASH e basato sul modello standard della fisica delle particelle elementari, per spiegare la materia scura, l’oscillazione del neutrino, la bariogenesi, l’inflazione cosmica e la simmetria carica-parità (CP).

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?

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.

Stringhe nell’inflazione cosmica?

Due teorici dell’Institute for Advanced Study (IAS) a Princeton hanno proposto recentemente un metodo per trovare delle “evidenze” che facciano luce su una famosa idea che risulta difficilmente verificabile sperimentalmente: stiamo parlando della teoria delle stringhe. Questo metodo si basa sulla ricerca di “particelle reliche” che sarebbero esistite circa 14 miliardi di anni fa, originatesi con una energia 15 miliardi di volte superiore a quella che si ha tipicamente durante una collisione al Large Hadron Collider (LHC). Per far questo, gli scienziati non possono certamente portare il grande collisore adronico a quelle energie, nemmeno avvicinarsi, ma potrebbero rivelare delle “tracce” dell’eventuale esistenza di queste particelle primordiali attraverso osservazioni cosmologiche, grazie soprattutto ad una tecnologia adeguata.

Viviamo davvero in un multiverso?

Una decina di anni fa, siamo arrivati ad un punto di svolta epocale per quanto riguarda la nostra comprensione del cosmo, grazie al fatto che gli astronomi hanno potuto far luce su tutta una serie di argomentazioni che hanno permesso di svelare, almeno in parte, come il nostro Universo sia evoluto da uno stato fisico primordiale estremamente denso e caldo, circa 13,8 miliardi di anni fa.

Dall’inflazione cosmica al multiverso

Le osservazioni cosmologiche mostrano che l’Universo è alquanto uniforme su larga scala, almeno quella accessibile dai nostri telescopi. La miglior spiegazione teorica è fornita dalla teoria dell’inflazione cosmica.

Il nostro Universo fa parte di un Multiverso?

Il modello dell’inflazione cosmica, pubblicato da Alan Guth nel 1981 su Physical Review D, e di cui ha scritto successivamente un libro, fornisce una spiegazione alquanto plausibile su diverse proprietà dell’Universo, tra cui la sua uniformità (vedasi principio cosmologico), la sua densità di massa e la radiazione cosmica di fondo.