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Il ‘complotto’ della materia scura

Un gruppo internazionale di astronomi guidati da Michele Cappellari dell’Università di Oxford ha utilizzato i dati del telescopio di 10m del Keck Observatory situato nelle Hawaii per analizzare i moti delle stelle nelle regioni più esterne delle galassie ellittiche, nella prima di una serie di survey allo scopo di osservare un numero sempre più grande di questa classe di oggetti. I ricercatori hanno scoperto, sorprendentemente, alcune similitudini di tipo gravitazionale tra le galassie a spirali e le ellittiche, il che implica l’influenza di forze “nascoste”. I risultati di questo studio su Astrophysical Journal Letters.

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Andromeda, un ‘buon test’ per la teoria MOND

Andromeda_GalaxyAlcuni ricercatori della Case Western Reserve University e del Weizmann Institute of Science hanno applicato le leggi della gravità modificata per derivare una proprietà fondamentale nelle galassie nane satelliti della vicina Andromeda.

Si tratta della velocità di dispersione, cioè la velocità media che ciascun oggetto all’interno di una galassia possiede rispetto ad un altro. Gli astronomi utilizzano la velocità di dispersione per determinare l’accelerazione degli oggetti all’interno della galassia e stimare, approssimativamente, la massa della galassia e viceversa. Per calcolare la velocità di dispersione per ogni galassia nana, i ricercatori hanno applicato le leggi della cosiddetta Modified Newtonian Dynamics (MOND) che è una ipotesi che tenta di risolvere il deficit della materia presente nelle galassie per giustificare il loro moto orbitale. La teoria suggerisce che, in determinate condizioni, la legge di Newton deve essere modificata. Questa ipotesi non è poi tanto da scartarsi rispetto a quella in base alla quale tutte le galassie contengono materia scura che fornirebbe perciò la massa mancante. “Le leggi della teoria MOND si applicano molto bene in questo caso”, afferma Stacy McGaugh professore di astronomia alla Case Western Reserve. “Se abbiamo ragione sull’esistenza della materia scura, questo non dovrebbe accadere”. Gli scienziati devono spiegare come mai le galassie ruotano molto più velocemente rispetto a quanto previsto dalla legge di Newton senza disperdersi nello spazio. Attualmente, si ritiene che la materia scura si trovi all’interno e all’esterno delle galassie e fa da ‘scheletro’ allo scopo di tenere insieme queste enormi strutture stellari. Lo scienziato Mordehai Milgrom, il padre della teoria MOND e professore di fisica e astrofisica presso l’Istututo Weizmann in Israele, non è molto convinto di questa interpretazione relativa alla materia scura. Egli, di fatto, ha proposto alcuni anni fa una teoria alternativa la quale afferma che la forza di Newton deve essere modificata quando siamo nel regime di accelerazioni piccole, almeno undici ordini di grandezza più piccole rispetto a quanto percepiamo come forza di gravità sulla superficie terrestre. Una accelerazione superiore a questa soglia diventa, invece, direttamente proporzionale alla forza di gravità, così come afferma la legge di Newton, ma al di sotto di questo limite non è più valida. Nel momento in cui la variazione della forza viene considerata sotto questa soglia, allora una sua modifica potrebbe risolvere il problema della discrepanza della massa. “L’applicazione delle leggi descritte nella teoria MOND a queste galassie nane che sono satelliti di Andromeda rappresentano un buon test per la teoria poiché la minima densità stellare in esse presenti determina basse accelerazioni”, spiega McGaugh. Gli scienziati hanno utilizzato il profilo della luminosità delle galassie, che è un indicatore della massa stellare, e la teoria MOND per eseguire tutta una serie di calcoli e determinare la velocità di dispersione di 17 galassie deboli. In 16 casi, i valori sono molto vicini a quelli misurati da altri autori e con altri metodi, mentre in un caso i dati sono discordanti. Infine, la teoria MOND è stata applicata per determinare la velocità di dispersione in più di 10 galassie deboli in Andromeda. Il passo successivo sarà ora quello di attendere i dati per verificare, o meno, la validità della teoria.


arXiv: Andromeda Dwarfs in Light of MOND

I misteri delle dimensioni spaziali nascoste

In un precedente post, ho spiegato come, secondo Steinhardt e Turok , il nostro Universo si sia originato da uno dei tanti big bang dovuti alle collisioni tra due membrane, o brane, descritte dalla teoria delle stringhe, ipotesi che eliminerebbe dunque il problema della singolarità iniziale. Ma esiste un modo di provare l’esistenza di questi universi paralleli? Se essi esistono davvero, perchè non possiamo vederli o “toccarli”?

Nel suo percorso di ricerca, descritto nel libro che vi presento oggi, Passaggi curvi. I misteri delle dimensioni nascoste dell’Universo, edito da Il SaggiatoreLisa Randall  ha dovuto abbattere, per così dire, alcuni ‘paletti’ della cosmologia e della fisica ufficiale e postulare l’esistenza di dimensioni nascoste, arrotolate, che sfuggono alla nostra percezione. Questa nuova visione dell’Universo potrebbe contribuire a risolvere uno dei grandi misteri della scienza moderna che ha a che fare con la gravità. Infatti, tre secoli fa, Newton formulò la legge di gravitazione universale ispirato, a quanto si dice, dalla visione della caduta di una mela staccatasi dal ramo di un albero. Si pensa che la gravità sia incontrastabile ma in realtà si tratta di una forza alquanto debole. E’ stato trovato che l’elettromagnetismo è molto più forte della gravità che al confronto risulta incredibilmente debole. La debole intensità della forza di gravità ha disorientato gli scienziati per anni ma oggi la teoria delle stringhe, grazie alle sue membrane e dimensioni extra, sembra offrire un nuovo modo di affrontare il problema. Lisa Randall si è domandata come mai la gravità fosse così debole rispetto alle altre tre forze della natura. Forse la gravità ha la stessa potenza della forza elettromagnetica ma per qualche ragione noi non riusciamo a percepire la sua azione. Ma perchè la gravità dovrebbe essere diversa e più debole rispetto alle altre tre forze fondamentali? Secondo la Teoria M il punto chiave del problema sta nella forma geometrica delle stringhe. I teorici ritengono che tutto ciò che ci circonda sia composto da stringhe lineari e che gli estremi di ogni stringa siano ancorati alla nostra membrana tridimensionale. Esistono anche degli anelli chiusi che sono invece responsabili della gravità: essi si chiamano gravitoni. Le stringhe ad anello che formano i gravitoni non hanno estremi che le ancorino di conseguenza essi sono liberi di viaggiare verso altre dimensioni attenuando l’intensità della forza di gravità e facendola sembrare più debole rispetto alle altre tre forze fondamentali. Quindi, questa ipotesi apre una prospettiva affascinante perché se è vero che viviamo su una brana e se esistono universi paralleli su altre membrane accanto alla nostra forse non li vedremo mai, ma potremo un giorno percepirli grazie alla gravità. Muovendo dalle grandi scoperte del Novecento, in questo libro Randall spiega ai non addetti ai lavori la sua concezione dell’Universo come membrana dotata di quattro dimensioni spaziotemporali e immersa in uno spazio multidimensionale, e come questa sia dimostrabile dal punto di vista scientifico. Ma siamo proprio sicuri che l’Universo sia così come lo descrive la teoria delle stringhe? Davvero il mondo è fatto di stringhe, membrane o universi paralleli e dimensioni extra?