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Le leggi fisiche potrebbero ‘variare’ nell’Universo

L’immagine illustra la direzione dell’asse di dipolo proiettata nel cielo in coordinate equatoriali secondo i dati di Webb e collaboratori. La regione di color verde corrisponde alla direzione di dipolo derivata dagli spettri dei quasar osservati con il telescopio Keck. La regione in blu mostra la direzione del dipolo ottenuta con i soli spettri del VLT. La regione in rosso mostra la direzione del dipolo combinando i due insiemi di dati. Infine, la regione grigio chiara rappresenta la Via Lattea proiettata sul sistema equatoriale il cui nucleo è mostrato come un rigonfiamento.

Secondo uno studio condotto da alcuni ricercatori delle Università di New South WalesSwinburne e Cambridge è stato trovato che una delle leggi della natura, che riguarda le costanti della fisica, potrebbe variare nell’Universo.

Pare che una delle quattro forze fondamentali, l’elettromagnetismo, misurato mediante la cosiddetta costante di struttura fine alpha, vari da una parte all’altra dello spazio cosmico. In realtà, i primi segnali del fatto che alpha può essere considerata una *non costante* risalgono a circa una decina di anni fa quando John WebbVictor Flambaum e altri avevano analizzato i dati di un campione di quasar osservate con il telescopio Keck, anche se erano limitate ad una piccola porzione di cielo. Oggi, grazie al VLT, Webb e colleghi hanno raddoppiato il numero delle osservazioni e hanno misurato il valore di alpha in quasi 300 galassie che si trovano ad una enorme distanza dalla Terra e sono distribuite in una porzione di cielo più ampia. “I risultati sono sorprendenti a dir poco“, afferma il professor Webb, “ciò che osserviamo è che, rispetto alla nostra posizione, il valore di alpha sembra diminuire gradualmente verso una direzione piuttosto che in quella opposta“. Questi dati, se confermati, possono avere delle implicazioni importanti sulla natura e le proprietà dello spazio e del tempo dato che violano uno dei principi fondamentali della relatività generale. “Forse, questa variazione del valore di alpha suggerisce che l’Universo è molto più grande rispetto alla nostra porzione osservabile, magari infinito“, dichiara il professor Flambaum. Un’altra intepretazione si basa sull’ipotesi dei molti universi ognuno dei quali è caratterizzato da leggi fisiche proprie. Insomma, le leggi della fisica possono dipendere dal proprio “indirizzo cosmico” e da dove,  accade che emerge la vita nell’Universo.

Ma la domanda è: perchè le leggi della fisica sono tali da permettere l’esistenza della vita? “La risposta potrebbe derivare dal fatto che altre regioni dell’Universo non sono adatte alla vita, almeno come noi la conosciamo, e che le leggi della fisica che sperimentiamo nella nostra parte di Universo sono puramente ‘locali’ e in tal caso non è particolarmente sorprendente trovare forme di vita intelligenti” conclude Webb.

ArXiv: Evidence for spatial variation of the ne structure constant

L’Universo delle origini attraversò una fase di ‘surriscaldamento globale’

Circa 11 miliardi di anni fa, l’Universo attraversò una fase di riscaldamento globale. Come conseguenza di ciò, l’attività dei buchi neri influenzò l’evoluzione di alcune galassie di piccole dimensioni per un periodo di circa 500 milioni di anni. Questa è la conclusione di un gruppo di astronomi che hanno utilizzato i dati del telescopio spaziale Hubble esplorando le regioni più antiche e più remote del nostro Universo.

La figura mostra l’evoluzione dell’Universo dal Big Bang ad oggi. Subito dopo la nascita dell’Universo la radiazione proveniente dalle prime stelle riscaldò gli atomi di idrogeno nel processo di reionizzazione. Ad epoche successive i quasar, grazie all’intensa attività dei buchi neri, produssero radiazione ultravioletta che rionizzò gli atomi di elio.
Credit: NASA, ESA e A. Feild (STScI)

Grazie alle misure effettuate con lo spettrografo COS (Cosmic Origins Spectrograph), i ricercatori hanno identificato una epoca, 11,7-11,3 miliardi di anni fa, quando gli atomi di elio persero, per così dire, gli elettroni. Questo processo di ionizzazione riscaldò il gas intergalattico inibendo il collasso gravitazionale che avrebbe portato alla nascita di nuovestelle nelle galassie più piccole, diffondendo il gas nello spazio. L’Universo attraversò così una fase di riscaldamento globale nel momento in cui la radiazione emessa dalle stelle massicce ionizzò gli atomi di idrogeno subito dopo il Big Bang. Questa epoca viene chiamata di re-ionizzazione a causa del fatto che i nuclei degli atomi di idrogeno si trovavano originariamente in uno stato ionizzato appena nato l’Universo.

Hubble ha permesso di determinare un periodo di circa 2 miliardi di anni prima che l’Universo producesse radiazione ultravioletta per rionizzare gli atomi di elio che erano stati prodotti in seguito al Big Bang. Ma questa radiazione di alta energia non proveniva dalle stelle bensì dai quasar. Di fatto, l’epoca in cui gli atomi di elio vennero ionizzati coincide proprio con il periodo in cui i quasar furono più abbondanti.

In altre parole, durante le epoche primordiali l’Universo fu un posto alquanto “rumoroso”, potremmo dire, perchè le galassie interagivano frequentemente e questo alimentava l’attività dei buchi neri nucleari. Questi ultimi convertivano rapidamente e violentemente parte dell’energia gravitazionale, dovuta alla caduta del gas verso le regioni del nucleo galattico, in radiazione ultravioletta che successivamente avrebbe fatto brillare le galassie. Inoltre, essa riscaldò il gas intergalattico formato principalmente da atomi di elio e una volta che essi vennero rionizzati il gas si raffreddò nuovamente e finalmente le galassie nane cominciarono ad assemblarsi.

ArXiv1: COSMIC ORIGINS SPECTROGRAPH DETECTION OF Ne VIII: TRACING WARM – HOT GAS TOWARDS PKS 0405 − 123

 ArXiv2: HUBBLE/COS OBSERVATIONS OF THE QUASAR HE 2347−4342: PROBING THE EPOCH OF He II PATCHY REIONIZATION AT REDSHIFTS Z = 2.4 − 2.9