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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L’importanza degli universi virtuali

Mentre gli scienziati di diversi campi di studio possono condurre esperimenti in laboratorio, come i fisici delle particelle con i loro grandi acceleratori o i biologi che utilizzano potenti microscopi, gli astronomi non sono in grado di studiare da vicino una stella o un pianeta. Persino i telescopi più avanzati forniscono solo immagini istantanee del cosmo in cui sono veramente pochi i cambiamenti che possono essere analizzati durante la nostra vita. Rimangono, perciò, questioni aperte, come ad esempio il problema che riguarda la formazione della nostra galassia, che cos’è la materia scura e quale sia il ruolo che hanno i buchi neri supermassicci che risiedono nel nucleo delle galassie. Nel tentativo di rispondere a queste problematiche, oggi alcuni cosmologi stanno affrontando progetti ambiziosi: creare “universi virtuali” che, grazie alle simulazioni al computer, potranno fornire preziosi indizi per comprendere l’evoluzione cosmica.

L’espansione cosmica va rivista?

Una discrepanza peculiare sta portando gli astronomi a riflettere su ciò che sappiamo sull’espansione dell’Universo, che mostrerebbe una maggiore accelerazione di quanto misurato. Se questo è vero, potrebbe esistere “qualcosa” di più profondo che ci sfugge. E questo qualcosa potrebbe essere collegato, forse, all’esistenza di nuove particelle o suggerire che l’energia scura, quell’enigmatica componente che sta causando l’espansione accelerata dello spazio, possa variare nel corso del tempo. I risultati di questo studio sono riportati su Astrophysical Journal.

Il doppio senso della freccia del tempo

È noto che le leggi della fisica sono valide procedendo sia in avanti che indietro nel tempo. Ma la domanda è: perchè il tempo sembra muoversi in una sola direzione? Secondo alcuni studi recenti, una possibile risposta potrebbe portare a rivelare i segreti della massa mancante dell’Universo.

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?

Oltre il Big Bang secondo Tim Maudlin

Il Big Bang è un termine che contiene una contraddizione: non è stato “big”, dato che l’Universo si sarebbe originato da un volume infinitamente piccolo, nè c’è stato alcun “bang”, perché non c’era lo spazio che permettesse la propagazione di onde sonore. Oggi, però, grazie allo studio diretto della luce più antica che siamo in grado di osservare, gli scienziati iniziano ad avere una visione alquanto sufficiente delle primissime fasi primordiali della storia cosmica che ebbe inizio circa 13,8 miliardi di anni fa quando un evento singolare diede origine, per l’appunto, allo spazio e al tempo. La domanda successiva è: che cosa è accaduto, o forse no, prima del Big Bang?

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.

Il più grande ‘anello’ di GRB: reale o effetto di proiezione?

Un team di astronomi ungheresi e americani ha trovato ciò che sembra essere la “struttura più grande” dell’Universo osservabile: un anello di ben 9 lampi gamma, e quindi di galassie, che si estende per 5 miliardi di anni luce. Gli scienziati, guidati da Lajos Balazs del Konkoly Observatory a Budapest, descrivono i loro risultati su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.