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Il Big Bang, l’origine dell’Universo

La storia dell’Universo inizia 13,8 miliardi di anni fa con uno stato fisico caratterizzato da temperature e densità estreme in cui tutta la materia e la radiazione si trovavano contenute in una regione più piccola di un atomo. Il Big Bang è ora un modello maturo, supportato da una rete di evidenze osservative le cui proprietà, come la dimensione, la forma e l’età dell’Universo, sono state misurate con una precisione elevata. Continua a leggere Il Big Bang, l’origine dell’Universo

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Un ‘Gioiello’ di ammasso di galassie

Gli astronomi hanno scoperto un ammasso di galassie, il più massiccio mai rivelato con una età di circa 800 milioni di anni. Le osservazioni sono state realizzate con l’osservatorio spaziale della NASA Chandra i cui dati sono pubblicati su Astrophysical Journal. Si tratta di un passo avanti verso la comprensione dell’evoluzione degli ammassi di galassie, le strutture più grandi dell’Universo.

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La materia scura e i neutrini fossili ‘visti’ da Planck

Dal 2009 al 2013, il satellite Planck ha osservato la radiazione fossile, detta anche radiazione cosmica di fondo, che rappresenta la luce più antica che siamo in grado di osservare. Per la prima volta, la radiazione fossile è stata misurata in maniera accurata su tutto l’intero cielo, sia in intensità che polarizzazione, fornendo l’immagine più vecchia dell’Universo.

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Planck avvalora il modello cosmologico standard

In questi giorni, i cosmologi sono riuniti a Palazzo Costabili, nella città di Ferrara, per discutere gli ultimi risultati ottenuti dal satellite Planck sulla temperatura e la polarizzazione della radiazione cosmica di fondo (post). Il risultato principale è una nuova mappa a tutto cielo che mostra lo stato fisico dell’Universo infante appena 380 mila anni dopo il Big Bang e i cui dati saranno pubblicati sulla rivista Astronomy & Astrophysics non prima del 22 Dicembre 2014.

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Planck fa luce sull’età oscura dell’Universo

Sono state presentate oggi in anteprima mondiale a Ferrara, dove è in corso di svolgimento il meeting annuale sul satellite Planck dall’1 al 5 dicembre, le mappe della polarizzazione della radiazione cosmica di fondo cosmico che confermano il modello cosmologico standard dell’Universo, ridimensionando le incongruenze fra modelli di derivazione astrofisica e modelli di derivazione cosmologica.

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I ‘sapori’ della materia scura

Secondo i dati più recenti, sappiamo che oltre l’80% della materia presente nell’Universo è sconosciuta. Ad essa, gli astronomi danno il nome di materia scura che finora nessuno è mai stato in grado di rivelarla nemmeno con i migliori rivelatori a terra. Nonostante ciò, l’unica risorsa che ci permette di determinare la sua presenza è data dalle osservazioni astronomiche. Oggi, però, il fisico Mikhail Medvedev della University of Kansas ha pubblicato un importante articolo di ricerca che si è meritato la copertina della prestigiosa rivista Physical Review Letters. Lo scienziato propone un modello alternativo che tenta di spiegare la natura dell’enigmatica materia scura denominato “flavor-mixed multicomponent dark matter model”. Continua a leggere I ‘sapori’ della materia scura

Le enigmatiche anomalie presenti nella mappa di Planck: vere o false?

Il satellite Planck dell’ESA ci ha fornito la mappa più dettagliata della radiazione cosmica di fondo, il residuo della “grande esplosione iniziale” che ha dato origine al nostro Universo (post). La mappa, però, mostra delle peculiarità che contrastano con il modello standard della cosmologia, che descrive l’evoluzione del cosmo a partire dal Big Bang. La domanda è: chi ha ragione, la mappa o il modello? Oggi, un gruppo di scienziati della EPFL in Svizzera e della CEA in Francia hanno dimostrato che queste peculiarità misteriose scompaiono se i dati di Planck vengono analizzati in maniera differente e se si prendono in considerazione altri effetti, come ad esempio il moto della Via Lattea.

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Le orbite coerenti delle galassie nane: un fenomeno universale?

Il fatto che non esistano tante galassie nane distribuite come uno sciame d’api attorno a quelle più grandi ma che invece “danzino”, per così dire, su orbite ordinate a forma di disco rappresenta una sfida alle nostre conoscenze su come si è formato ed evoluto il nostro Universo. Oggi, un gruppo internazionale di astronomi, che include tra gli altri Geraint Lewis dell’University of Sydney’s School of Physics, hanno pubblicato i risultati di uno studio che sembra, però, contraddire il modello cosmologico standard.

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Nessuna concordanza cosmologica con i neutrini ‘massicci’

Secondo il modello standard della fisica fondamentale, è noto che i neutrini, detti anche “particelle fantasma” per il fatto che essi interagiscono a mala pena con la materia, non hanno massa. Nonostante esistano tutta una serie di evidenze sul fatto che la loro massa non sia esattamente zero, essa rimane incerta non essendo stata misurata definitivamente. Si ritiene che i neutrini costituiscano una frazione, piccola ma importante, dell’enigmatica materia scura che rappresenta il 90% della massa di una galassia. Dunque, il fatto di modificare il modello cosmologico standard in modo tale da includere i neutrini massicci non permette di spiegare tutte le osservazioni contemporaneamente. Questa è, in breve, la conclusione a cui arrivano un gruppo di tre ricercatori i cui risultati sono stati pubblicati su Physical Review Letters.

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Mettere in discussione il modello cosmologico standard

Le immagini mostrano la distribuzione del gas ad alta temperatura associato agli ammassi di galassie utilizzando due modelli cosmologici diversi. Credit: LJMU
Il modello cosmologico standard, o del Big Bang, è stato sviluppato grazie alle osservazioni della struttura su larga dell’Universo e ad una serie di considerazioni teoriche. Esso dipende da due principali assunzioni: l’universalità delle leggi della fisica ed il principio cosmologico per cui l’Universo appare omogeneo e isotropo su larga scala. Queste due ipotesi furono prese inizialmente come postulati ma gli scienziati sono continuamente impegnati a verificarne, o meno, la loro validità. Oggi, a seguito di due lavori indipendenti condotti da due gruppi di astronomi guidati da Chris Collins e Ian McCarthy della Liverpool John Moores University’s Astrophysics Research Institute il modello standard della cosmologia sembra essere messo in discussione. Il loro studio, che è stato reso possibile grazie ai fondi della Science and Technology Facilities Council, si basa su alcune recenti misure del grado di formazione degli ammassi di galassie analizzando la radiazione cosmica di fondo. I dati suggeriscono che l’Universo primordiale era molto più “piatto” e più regolare di quanto ipotizzato e ciò porta a ripensare ad una nuova composizione cosmica e ad un diverso meccanismo attraverso il quale si sono formate successivamente le strutture cosmiche che oggi possiamo ammirare sottoforma di stelle e galassie.

L’Universo appare decisamente diverso rispetto a quanto abbiamo ipotizzato. Anche se questa affermazione può sembrare scoraggiante, di certo non ci stiamo sorprendendo più di tanto o stiamo facendo le valigie per scappare via da questa situazione. La Scienza diventa interessante proprio quando le previsioni e gli esperimenti non vanno in accordo e questo ci porta a  rivedere alcuni punti del nostro modello cosmologico standard. Infatti, nonostante credessimo di trovare molti più super ammassi, l’Universo primordiale ci ha fatto una sorpresa perché ne abbiamo trovati molto meno di quanto ci si aspettava”, spiega Collins. Una delle pietre miliari del modello cosmologico standard è la radiazione cosmica di fondo, cioè la luce più antica che siamo in grado di osservare, la nostra unica fonte di informazione dell’Universo delle origini all’epoca in cui aveva una età di appena 380 mila anni dopo il Big Bang. Di recente, il satellite Planck dell’ESA è stato in grado di fornirci una spettacolare mappa del cielo relativa alla distribuzione delle minuscole variazioni di temperatura della radiazione stessa che nel corso del tempo cosmico si sono evolute, crescendo lentamente, per formare quei siti cosmici da cui hanno avuto origine le stelle e le galassie (post). Inoltre, i dati più precisi di Planck rispetto a quelli ottenuti dai suoi predecessori, quali COBE e WMAP, ci forniscono tutta una serie di informazioni di vitale importanza che riguardano, ad esempio, la composizione dell’Universo (31.7% materia scura e 68.3% energia scura) e la sua età (13.82 miliardi di anni). Non solo, ma il satellite è talmente sensibile alle strutture gravitazionali più grandi, cioè gli ammassi di galassie, che contengono migliaia di singole galassie ed una enorme distribuzione di materia scura. Come abbiamo già detto in precedenza, in maniera quasi curiosa l’analisi dei dati di Planck ci fornisce un numero inferiore di ammassi rispetto a quanto previsto. Ora, i due studi condotti in maniera indipendente da Collins e da MacCarthy confermano che esiste il cosiddetto “problema degli ammassi di Planck” perché di fatto si trova un numero molto inferiore di ammassi rispetto a quello previsto, implicando che il modello standard della cosmologia dovrà essere rivisitato. “Sapevamo già che il numero di ammassi trovati da Planck fosse decisamente inferiore rispetto a quanto ci si aspettava e la nostra analisi ci dice che il numero degli ammassi è circa un fattore due più basso rispetto alle previsioni”. A risultati simili arriva il gruppo guidato da McCarthy esaminando le proprietà statistiche della radiazione cosmica di fondo. La discrepanza nel numero di ammassi osservati e quelli previsti dalle simulazioni numeriche suggerisce che l’analisi effettuata dalle osservazioni del satellite Planck, tenendo conto dei parametri del modello cosmologico standard, o non è corretta oppure il modello stesso presenta dei punti deboli. Nel secondo caso, una possibilità affascinante potrebbe essere data dal fatto che la mancanza di ammassi di galassie sia un segnale legato ad un importante contributo al contenuto di energia dell’Universo ad opera dei neutrini più massicci, cioè quelle particelle elusive che interagiscono con la materia ordinaria molto debolmente. Dunque, il passo successivo sarà ora quello di pianificare una serie di simulazioni numeriche su larga scala che includano anche gli effetti dei neutrini sulla formazione degli ammassi di galassie per capire meglio come hanno avuto origine e si sono evolute queste enormi strutture cosmiche.

LJMU: LJMU astronomers challenge cosmological model

arXiv: The thermal Sunyaev Zel'dovich effect power spectrum in light of Planck

arXiv: