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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. Continua a leggere L’espansione cosmica va rivista?

Una supernova in collisione con la sua compagna

L’immagine rappresenta un momento della simulazione dei detriti che si espandono dalla supernova (mostrata in rosso) mentre si dirigono verso una stella vicina distruggendola (mostrata in blu). Credit: Daniel Kasen, Berkeley Lab/ UC Berkeley

Le supernovae di tipo Ia sono famose per la loro consistenza essendo considerate “candele standard” che gli astronomi utilizzano per determinare le distanze cosmologiche. Tuttavia, quasi per ironia della sorte, nuove osservazioni suggeriscono che la loro origine potrebbe essere non così uniforme. Continua a leggere Una supernova in collisione con la sua compagna

L’Universo sta accelerando, ma non troppo

Un gruppo di astronomi guidati dai colleghi dell’Università dell’Arizona hanno trovato sorprendentemente che le supernovae di tipo Ia, utilizzate per misurare le distanze cosmologiche, possono essere classificate in due popolazioni ben distinte. Questi risultati hanno delle implicazioni importanti per comprendere quanto velocemente si sta espandendo il nostro Universo. I risultati sono pubblicati su Astrophysical Journal.

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DES, un algoritmo per lo studio dell’energia scura

Gli scienziati ritengono che l’energia scura, quella misteriosa forza che sta accelerando l’espansione cosmica, costituisca quasi il 70% del contenuto materia-energia dell’Universo. Per svelare questo mistero, forse il più grande della cosmologia moderna, gli astronomi devono basarsi su osservazioni indirette, studiando le supernovae distanti, in particolare quelle di tipo Ia, che si allontanano man mano che lo spazio si espande. Continua a leggere DES, un algoritmo per lo studio dell’energia scura

La struttura dell’Universo non spiegherebbe l’accelerazione cosmica

E’ quanto emerge da uno studio condotto da un gruppo di fisici dell’Università del Texas a Dallas che stanno tentando di capire come mai l’Universo sembra espandersi ad un ritmo accelerato, una scoperta che risale al 1998 grazie all’osservazione delle supernovae Ia distanti. Per spiegare la “accelerazione cosmica” gli astrofisici hanno avanzato nel corso degli anni alcune ipotesi e oggi una di queste sembra possa essere scartata definitivamente. Continua a leggere La struttura dell’Universo non spiegherebbe l’accelerazione cosmica

Hubble estende la scala delle distanze cosmiche

By applying a technique called spatial scanning to an age-old method for gauging distances called astronomical parallax, scientists now can use NASA’s Hubble Space Telescope to make precision distance measurements 10 times farther into our galaxy than previously possible. Image Credit: NASA/ESA, A.Feild/STScI
Grazie ad una serie di misure effettuate con il telescopio spaziale Hubble, gli astronomi possono ora misurare la distanza a cui si trovano le stelle fino a 10.000 anni-luce, ossia dieci volte meglio rispetto a quanto è stato fatto in precedenza.

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Una lista di avvenimenti importanti del 2012

Quella che segue è una selezione di fatti e avvenimenti che hanno caratterizzato la ricerca nel campo della fisica e dell’astronomia durante il 2012. L’ordine non segue necessariamente la cronologia.

Galassie nane e formazione stellare

NASA/ESA/A. van der Wel (Max Planck Institute for Astronomy)/H. Ferguson and A. Koekemoer (Space Telescope Science Institute)/The CANDELS team

Le galassie nane vissute tra i 9 e 10 miliardi di anni fa hanno subito un violento incremento di formazione stellare il che implica che molte, se non la maggior parte, delle stelle in queste galassie si formano allo stesso modo di quelle presenti nell’Universo di oggi.

Galassie nane, laboratori ideali per comprendere l’evoluzione dell’Universo

Curiosity arriva su Marte

NASA/JPL-Caltech/MSSS

Quei famosi sette minuti di terrore del Mars Science Laboratory diventano una conquista della tecnologia terrestre tra il 5 e il 6 Agosto una volta che il rover Curiosity discende senza problemi sulla superficie del pianeta rosso.


Spiato il getto di un super buco nero

J.A. Biretta, W.B. Sparks, F.D. Macchetto, E.S. Perlman (STScI)

Grazie ad una serie di osservazioni radio da terra, gli astronomi riescono ad osservare la parte basilare del getto nella galassia M87.

M87, le prime misure dirette del disco di accrescimento attorno al buco nero
M87, un buco nero della categoria ‘super massimi’

Esopianeti appartenenti a sistemi binari

Credit: Lynette Cook

Gli astronomi hanno rivelato nuovi mondi in orbita attorno a stelle binarie, alcuni in orbita attorno a stelle che non presentano elementi pesanti, altri invece sono sopravvissuti alla fase di gigante rossa.

Una nuova classe di sistemi planetari

L’origine delle supernovae

Credit: Astronomy: Roen Kelly

Una supernova di tipo Ia può originarsi da due meccanismi diversi e durante il 2012 sono emerse altre domande che hanno posto il punto sul problema energetico. Una conseguenza importante è che questa classe di supernovae è stata utilizzata per determinare il tasso di espansione dell’Universo.

Un tipo di supernova, due sorgenti diverse
Nuovi indizi sull’origine dei ‘calibratori’ di distanze cosmologiche
Il modello della ‘vedova bianca’ per spiegare la formazione delle supernovae di tipo Ia
 

LHC osserva una nuova particella consistente con il bosone di Higgs

Una delle tante collisioni protoni-protoni presso il rivelatore CMS.

Due rivelatori, ATLAS e CMS, trovano una nuova particella che sembra avere alcune proprietà consistenti con il bosone di Higgs, l’ultimo tassello mancante del modello standard che spiega la fenomenologia delle particelle elementari e le loro interazioni fondamentali.

 
L’importanza di essere, o non essere, il bosone di Higgs
LHC, che cosa hanno osservato ATLAS e CMS?

Le particelle di Majorana

Due particelle di Majorana (le due palline in arancione) si formano alle estremità di un ‘nanocavo’.

Si tratta di fermioni, particelle che sono anche le rispettive antiparticelle di se stesse. Furono proposte nel 1937 da Ettore Majorana. Oggi, i fisici ritengono che queste particelle potrebbero essere presenti in alcuni materiali che possiedono particolari proprietà topologiche, come ad esempio i materiali superconduttori o semiconduttori.

Il mistero delle particelle di Majorana

Asimmetria del tempo quantistico

Il rivelatore BaBar.

Grazie all’esperimento BaBar, i fisici hanno osservato la prima evidenza diretta della violazione della simmetria per inversione temporale misurando il tasso a cui il mesone B0 modifica gli stati quantistici. Si tratta di una verifica sperimentale diretta nel campo della fisica quantistica.

L’esperimento BaBar conferma l’asimmetria del tempo quantistico

Il moto degli ammassi di galassie

Gli ammassi di galassie ci forniscono tutta una serie di informazioni su come si è formato l’Universo non solo ma ci permettono di avere indizi fondamentali sull’origine e la natura della materia scura e dell’energia scura. Circa 40 anni fa, i fisici russi Rashid Sunyaev and Yakov Zel’dovich calcolarono che il moto degli ammassi di galassie poteva essere osservato misurando una lieve variazione di temperatura nella radiazione cosmica di fondo. Oggi, queste misure sono state riottenute con maggiore precisione grazie ad una serie di osservazioni realizzate con l’Atacama Cosmology Telescope (ACT) e la survey Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS).

Evidenze di un misterioso ‘flusso collettivo’ degli ammassi di galassie nell’Universo distante

I sette ‘punti chiave’ del nostro Universo

Sin da quando si è originato circa 13,7 miliardi di anni fa, l’Universo continua ad affascinare e a rendere perplessi, allo stesso tempo, gli astronomi. Qui di seguito, vengono discussi alcuni punti sorprendenti e interessanti che caratterizzano il nostro Universo.


Credit: NASA / WMAP Science Team

Secondo le attuali osservazioni e misure effettuate con tecniche alquanto sofisticate, l’Universo emerse da una grande esplosione iniziale, il Big Bang, e ha una età di 13,7 miliardi di anni, con una incertezza di più o meno 130 milioni di anni. Gli astronomi hanno ricavato questo dato misurando la composizione della densità della materia e dell’energia che hanno permesso di determinare quanto rapidamente l’Universo si è espanso nel passato. In questo modo, gli scienziati sono risaliti all’epoca iniziale e hanno potuto calcolare il momento in cui è avvenuto il Big Bang. Il tempo trascorso tra l’esplosione iniziale fino ad oggi rappresenta l’età dell’Universo.


2.L’Universo sta diventando sempre più grande

Verso la fine degli anni ’20, Edwin Hubble fece una scoperta rivoluzionaria: egli trovò che lo spazio non è statico, ma si espande. Nonostante ciò, si pensava che con il passare del tempo la gravità dovuta alla materia presente nell’Universo avesse arrestato l’espansione al punto da causare una contrazione. Ma nel 1998, il telescopio spaziale Hubble permise di ottenere i primi dati sulle supernovae distanti trovando che, molto tempo fa, il tasso di espansione dell’Universo era molto più lento rispetto a quello di oggi. Questa sorprendente scoperta suggerì che doveva esistere una enigmatica forza, chiamata poi energia scura, che sta determinando una accelerazione al tasso di espansione dell’Universo. Mentre si ritiene che l’energia scura sia la causa che sta facendo allontanare le galassie le une dalle altre creando sempre più spazi vuoti, essa rimane comunque il mistero più profondo della cosmologia moderna.


3.L’espansione dell’Universo sta accelerando

Nel 1998, due gruppi di ricercatori annunciarono che non solo l’Universo è in espansione ma che sta accelerando e la causa principale è dovuta ad una enigmatica energia (scura) che permea tutto lo spazio allontanando sempre più le galassie le une dalle altre. L’espansione dell’Universo è in accordo con le equazioni della relatività generale di Einstein e, di recente, gli scienziati hanno ripreso il famoso concetto della costante cosmologica per spiegare questa strana forma di energia che sembra controbilanciare la gravità e causare l’espansione dello spazio ad un ritmo accelerato. Adam Riess, Brian Schmidt e Saul Perlmutter hanno vinto nel 2011 il Premio Nobel per la Fisica per avere scoperto indipendentemente, nel 1998, l’espansione accelerata dell’Universo.


4.La geometria dello spazio potrebbe essere euclidea

Credit: NASA / WMAP Science Team

La forma dell’Universo è influenzata dalla ‘battaglia cosmica’ tra la gravità, dovuta alla densità della materia, e il tasso di espansione dello spazio. Se la densità dell’Universo supera un certo valore critico, allora si dice che l’Universo è “chiuso”, come la superficie di una sfera. Ciò implica che l’Universo non è infinito e che non ha una fine. In questo caso, l’Universo arresterà alla fine la sua espansione ed inizierà a collassare su se stesso in un evento noto come Big Crunch. Se la densità dell’Universo è meno di quella critica, allora la forma geometrica dello spazio si dice “aperta”, come la superficie di una sella. In questo caso, l’Universo non ha confini o bordi e continuerà ad espandersi per sempre. Se poi la densità dell’Universo è esattamente pari a quella critica, allora la forma dello spazio sarà “piatta”, come la superficie di un foglio. In questa situazione, l’Universo non ha bordi o confini e si espanderà per sempre anche se il tasso di espansione si avvicinerà gradualmente allo zero dopo un quantità infinita di tempo. Misure recenti, eseguite dal satellite WMAP, suggeriscono che la geometria dello spazio è euclidea, cioè lo spazio è piatto, con un margine d’errore pari al 2 percento.


5.L’Universo è permeato da una sostanza invisibile

L’Universo è fatto di qualcosa che non vediamo. Di fatto, i pianeti, le stelle, le galassie costituiscono appena il 4 percento di ciò di cui è fatto l’Universo. L’altro 96 percento è rappresentato da qualcosa che gli astronomi non sono in grado ancora di comprendere e a cui essi hanno dato i termini di materia scura ed energia scura, i due misteri più profondi della moderna cosmologia. Nel caso della materia scura, la sua esistenza si basa sull’influenza gravitazionale che essa esercita sulla materia ordinaria.


6.L’Universo contiene l’eco della sua nascita

Simulazione della radiazione cosmica di fondo misurata dal satellite Planck.
Credit: ESA/Planck

La radiazione cosmica di fondo è fatta di echi di luce che sono emersi dall’esplosione iniziale che ha dato origine all’Universo, in seguito al Big Bang, circa 13,7 miliardi di anni fa. Oggi, essa permea l’intero spazio come una sorta di ‘velo di radiazione’. Attualmente, la missione del satellite Planck sta mappando il cielo nella banda delle microonde al fine di rivelare nuovi indizi su come si è originato l’Universo. Le osservazioni effettuate da Planck sono le più precise mai realizzate e perciò gli scienziati sperano di utilizzare i suoi dati in modo da definire alcuni punti ancora oscuri della cosmologia, come ad esempio capire meglio ciò che accadde immediatamente dopo il Big Bang all’Universo delle origini.


7.L’ipotesi degli universi multipli

Le ‘tracce’ lasciate dalle collisioni che sarebbero avvenute tra ‘bolle cosmiche’. Nell’immagine (in alto a sinistra) una collisione provoca una modulazione di temperatura nella radiazione cosmica di fondo (in alto a destra). La risposta alla collisione dovuta al “blob” è identificata in basso a sinistra le cui modulazioni nella radiazione cosmica di fondo sono simulate dall’algoritmo di calcolo nell’immagine in basso a destra.
Credit: S. M. Feeney

L’idea che viviamo in un multiverso, di cui il nostro Universo è uno dei tanti, proviene da una teoria chiamata “inflazione eterna”. Questa teoria suggerisce che subito dopo il Big Bang, lo spaziotempo si espanse in modi e in regioni diverse. Secondo la teoria, ciò diede luogo alla formazione di una serie di “universi-bolla” ognuno dei quali caratterizzati da proprie leggi fisiche (post). Tuttavia, questo concetto è ancora controverso ed è rimasto solamente teorico fino alla pubblicazione di studi recenti che tentano di fornire dei metodi per rivelare la presenza di eventuali universi vicini o paralleli. Infatti, alcuni scienziati hanno tentato di analizzare in maniera approfondita e dettagliata la radiazione cosmica di fondo alla ricerca di quelle “tracce” o “segni” che possano essere ricondotti ad ipotetiche collisioni tra due universi paralleli (post). Finora, però, non state trovate chiare evidenze che possano essere associate a tali eventi. In linea di principio, se due universi vicini venissero ad una collisione essi dovrebbero lasciare una serie di ‘tracce circolari’ rivelabili nella radiazione cosmica di fondo.


Per maggiori approfondimenti: Idee sull'Universo e Enigmi Astrofisici

Nuovi indizi sull’origine dei ‘calibratori’ di distanze cosmologiche

Grazie ad una serie di osservazioni realizzate con il Large Binocular Telescope (LBT), il più grande telescopio terrestre che opera nella banda ottica, è stato possibile rivelare nuovi indizi sulle probabili origini delle supernovae particolarmente brillanti che vengono utilizzate dagli astronomi come calibratori di distanze cosmiche per determinare il tasso di espansione dell’Universo.

Nel loro recente articolo, i ricercatori hanno pubblicato i risultati delle osservazioni relativi alla recente supernova 2011fe i cui dati sono stati raccolti grazie allo strumento Multi-Object Double Spectrograph (MODS) della Ohio State University che misura la frequenza e l’intensità della luce emessa da una stella in funzione della sua composizione chimica. Analizzando la luce della SN 2011fe, un tipo di supernova di tipo Ia, gli astronomi hanno concluso che questi oggetti si originano in seguito all’interazione di una coppia di stelle collassate, note come nane bianche. In pratica, una delle due nane bianche orbita attorno all’altra trasferendo ad essa materia. Il processo continua finchè la stella diventa instabile e alla fine esplode emettendo una quantità di energia pari ad almeno 5 miliardi di volte superiore a quella emessa dal Sole.


[Press release: Astronomers Pin Down Origins of “Mile Markers” for Expansion of Universe]

arXiv: No Stripped Hydrogen in the Nebular Spectra of Nearby Type Ia Supernova 2011fe