Lo stato dell’arte è parecchio più evoluto dello stato dell’arte della cosmologia. Si susseguono a ritmo continuo le suggestioni e le ipotesi con cui gli astrofisici esotizzano il problema dell’origine, della struttura, della sostanzialità e della realtà dell’universo. A colpi di titoli accademici di prestigio, una ridda di teorie cosmologiche anglosassoni viene a più riprese gettata in pasto al popolo: ognuna degna di attenzione, di rispetto, perfino eccessivo. E’ il paradosso dello scientismo: trionfante nella sua colonizzazione del senso comune e tuttavia in profonda crisi funzionale. Sul piano della ricerca della teoria unica e della spiegazione dell’origine – o, il che è lo stesso, della struttura fondamentale – la fisica non è arrivata a dirci molto di più di quanto ci diceva un secolo fa. Giusto per aggiornarsi, e anche per sorridere dello stato confusionale della cosmologia, ecco alcuni estratti da Le Scienze degli ultimi due anni: sono argomenti attualissimi e in voga, potete usarli per farvi lustro. Altra questione è invece intercettare la costante di base: che è fisica in senso ultimativo, cioè è spirituale. Per coglierla basta vedere un quadro di Richter o leggere le saghe di Pantera by Evangelisti.
11.09.2003
Onde d’urto e buchi bianchi
L’universo primordiale descritto da un nuovo modello matematico
Il nostro universo potrebbe essere stato creato da un’esplosione all’interno di un buco nero. Lo affermano due matematici in un articolo pubblicato l’8 settembre sulla versione online della rivista “Proceedings of the National Academy of Sciences”.
Secondo il modello cosmologico descritto da Joel Smoller e Blake Temple dell’Università della California di Davis, l’universo primordiale era contenuto all’interno di un buco nero. Le onde d’urto esplosive si sono espanse verso l’esterno e alla fine hanno attraversato l’orizzonte degli eventi del buco nero, la regione entro la quale il campo gravitazionale è abbastanza forte da impedire la fuga della materia. L’esplosione avrebbe lasciato dietro di sé una quantità finita di materia, creando un nuovo spazio-tempo piatto, simile al nostro universo.
Questo scenario, matematicamente plausibile, presenta numerose caratteristiche che lo rendono più credibile dei modelli tradizionali. Non richiede masse e densità di materia infinite all’inizio dell’universo e, anziché comprimere l’intero universo in una singolarità, lo spazio-tempo di un buco nero è incastonato in un continuum più grande.
Secondo gli autori, poiché i moderni astrofisici accettano che la massa venga risucchiata in un buco nero, vale la pena considerare la possibilità che la stessa materia possa emergere da un buco bianco (l’inverso di un buco nero) in un nuovo universo.
29.04.2002
Un universo ciclico
Solo la rivelazione delle onde gravitazionali potrebbe corroborare questa ipotesi
Due cosmologi hanno riproposto sulla rivista «Science» un modello di universo ciclico, in cui il cosmo attraversa una serie infinita di Big Bang, seguiti da periodi di espansione e di stagnazione, il tutto regolato da un’energia oscura ancora non spiegata. Secondo il modello ora più accettato, l’universo ha avuto origine dal Big Bang, che è stato seguito da una fase di espansione molto rapida e una successiva, quella attuale, di espansione più lenta. Questo modello sembra spiegare alcune delle caratteristiche dell’universo che osserviamo, come il fatto che esso appare sempre identico indipendentemente dalla direzione in cui guardiamo.
Secondo Paul Steinhardt, della Princeton University, e Neil Turok, dell’Università di Cambridge, il Big Bang non fu in realtà un inizio, ma solo l’ultimo di una serie infinita di cicli. I ricercatori sostengono che il modello attuale presenta alcuni gravi problemi, come l’incapacità di dirci che cosa successe prima del Big Bang e di prevedere la fine ultima dell’Universo. I problemi del modello divennero evidenti nel 1998, quando alcuni studi di supernove distanti mostrarono che l’espansione dell’universo sta in realtà accelerando. Questo portò i cosmologi a rispolverare una vecchia idea di Einstein, la costante cosmologica, una specie di energia oscura gravitazionalmente repulsiva. La costante cosmologica, che ha la forma di un campo scalare, è stata messa al centro del nuovo modello e sembra prevedere un ciclo che comprende un Big Bang e un periodo di espansione talmente lungo da lasciare l’universo praticamente vuoto. «Il campo scalare cambia le sue caratteristiche nel tempo,» spiega Steinhardt. «Alla fine, il campo inizia ad accumulare energia fino al punto in cui diventa instabile ed esplode producendo materia e radiazione, e dando inizio a un nuovo ciclo.» Stabilire quale dei due modelli sia corretto è al momento impossibile, ma questa situazione potrebbe cambiare quando sarà possibile osservare le onde gravitazionali.
24.04.2002
L’energia oscura dell’universo
Né la materia barionica né quella oscura sono sufficienti per spiegarne la geometria
Alcuni anni fa l’osservazione di supernove in galassie distanti mostrò che l’universo sembra essere permeato da una forza invisibile che lo fa espandere sempre più velocemente. Ora gli astronomi sperano di poter imparare qualche cosa di più su questa forza studiando lo spostamento verso il rosso degli ammassi di galassie.
“Questi ammassi — ha spiegato Joseph Mohr, dell’Università dell’Illinois. durante il congresso della American Physical Society, tenutosi ad Albuquerque, in Nuovo Messico – consistono di migliaia di galassie legate gravitazionalmente in enormi strutture. A causa dell’espansione dell’universo, gli ammassi sembrano più densi a spostamenti verso il rosso più elevati, quando l’universo era più giovane e più denso. Un’estesa osservazione di questi oggetti può quindi fornire una grande quantità di informazioni riguardo sia la quantità sia la natura della materia e dell’energia oscure. Finora, gli ammassi di galassie sono stati usati solo per studiare la parte dell’universo composta di materia oscura. Ora vorremmo misurare la massa totale di un ammasso di galassie e poi determinare quale frazione è composta da normale materia barionica.”
Queste misure hanno mostrato che sia la materia barionica sia quella oscura sono insufficienti per spiegare la geometria dell’universo. Ora gli astronomi credono che l’universo stia espandendosi ad una velocità sempre crescente e che sia dominato da una misteriosa energia oscura, che sta spingendo l’espansione. Il prossimo passo sarà quello di cercare di capire alcuni aspetti specifici dell’energia oscura, come la sua equazione di stato. Studiando la distribuzione dello spostamento verso il rosso degli ammassi di galassie, dovrebbe essere possibile misurare l’equazione di stato dell’energia oscura, che fornirà qualche importante indizio a proposito della sua natura.
11.03.2002
Un universo color nocciola
Lo spettro errato è stato ottenuto per l’errata taratura di un software
In gennaio Ivan Baldry e Karl Glazebrook, della John Hopkin’s Univesity di Baltimora, nel Maryland, annunciarono che il colore dell’universo è una via di mezzo tra il turchese e l’acquamarina. Il colore fu determinato combinando la luce di 200.000 galassie che si trovano entro due miliardi di anni luce dalla Terra, osservate nel corso della 2dF Galaxy Redshift Survey australiana. Ora però Glazebrook ha ritrattato il suo annuncio, sostenendo che in realtà l’universo è beige, e di essere “molto imbarazzato.” L’errore fu causato da un problema nel software usato per convertire lo spettro cosmico nei colori che l’occhio umano percepirebbe se potesse osservarlo.
Glazebrook è stato ora aiutato da Mark Fairchild, del Munsell Color Science Laboratory dell’Università di Rochester, nello stato di New York, che si è accorto il mese scorso dell’errore. Fu proprio Fairchild a notare, il mese scorso, che il software usato per il lavoro originale prendeva come riferimento di bianco un colore leggermente rosato. Quando questo problema è stato corretto, è risultato che il vero colore dell’universo è una leggera tonalità beige. Ora Fairchild sta progettando di verificare il colore ricostruendo lo spettro cosmico in laboratorio, in modo che diventi possibile osservarlo e stimarne visualmente, e soggettivamente, il colore.
12.03.2002
Il Medioevo dell’Universo
Rivista la localizzazione temporale dell'”epoca oscura”
Un gruppo internazionali di astronomi, guidato da Esther Hu, dell’National Institute of Standards and Technology, ha descritto sulla rivista “Astrophysical Journal Letters” l’osservazione di una galassia che permette di di gettare uno sguardo sulle primissime fasi dell’esistenza dell’universo, quando ancora si stavano formando le prime stelle.
“Questa galassia — ha spiegato Hu – sta formando stelle in un periodo che si pensava appartenesse all’epoca oscura dell’universo, prima che le galassie iniziassero ad accendersi.”
Secondo lo scenario generalmente accettato, l’universo ebbe origine dal Big Bang, tra 14 e 16 miliardi di anni fa. Nel successivo mezzo miliardo di anni, l’universo si espanse e si raffreddò, permettendo la formazione dei primi atomi. Lo splendore di quest’epoca della ricombinazione è stato osservato sotto forma di radiazione cosmica di fondo nelle microonde. Il periodo successivo, circa un altro mezzo miliardo di anni, l’epoca oscura appunto, è quello in cui i gas iniziarono ad aggregarsi ed ebbe fine quando le nuove galassie ionizzarono nuovamente cambiando le caratteristiche dei gas circostanti.
Fino a ora gli oggetti più antichi osservati erano i quasar, che sono estremamente distanti e luminosi. Per poter individuare le galassie, normalmente migliaia di volte più deboli, gli astronomi si sono concentrati su una particolare linea spettrale, la Lyman alfa, che viene fortemente eccitata durante la formazione di nuove stelle. Osservate attraverso un filtro che lascia passare solo questa particolare lunghezza d’onda, le galassie primordiali appaiono quindi relativamente brillanti. Il metodo di identificare gli emettitori di Lyman alfa si è dimostrato estremamente efficiente, tanto che in passato gli astronomi avevano già osservato una galassia a circa 15,3 miliardi di anni luce di distanza. Per potersi spingere ancora più lontano, Hu e i suoi colleghi hanno usato una lente gravitazionale. In questo modo è stato possibile osservare una galassia distante ben 15,5 miliardi di anni luce.
La nuova galassia ha uno spostamento verso il rosso pari a 6,56 e si è formata quando l’universo aveva solo circa 780 milioni di anni; questo significa che l’epoca oscura è probabilmente durata circa 80 milioni di anni meno di quanto non si pensasse.
28.09.2001
Una stima attendibile per l’età dell’universo
Si attende un ulteriore miglioramento dell’incertezza dai dati del satellite MAP
Finalmente, i cosmologi hanno iniziato a fornire stime abbastanza attendibili e precise dell’età del nostro universo, che sembrerebbe: 14 miliardi di anni, con un’incertezza di soli 500 milioni di anni. Alcuni ricercatori erano arrivati a una stima di 13 miliardi di anni luce utilizzando l’Hubble Space Telescope per misurare quanto rapidamente l’universo si stia espandendo ed estrapolando da questo dato la distanza temporale del Big Bang dall’epoca attuale.
Questo approccio, anche se può sembrare semplice, presenta però alcune complicazioni. Sembra per esempio che una strana forza repulsiva stia facendo accelerare l’espansione dell’universo. Questo fattore, insieme alla difficoltà di misurare con precisione la distanza delle galassie, fa sì che la stima dell’età dell’universo abbia un’incertezza del 10 per cento.
All’inizio di quest’anno, però, alcuni cosmologi hanno scoperto di poter giungere a una stima indipendente dell’età osservando la radiazione cosmica di fondo. In particolare, le minuscole irregolarità di questa radiazione forniscono utilissimi indizi per capire come il Big Bang abbia modellato l’universo. Le dimensioni di queste irregolarità possono però anche rivelare l’età dell’universo grazie a ciò che il cosmologo Lloyd Knox della University of California, a Davis, chiama una “correlazione sorprendente e casuale.” In pratica, le irregolarità si espandono man mano che invecchiano, e la loro distribuzione mantiene una registrazione della crescita dell’universo.
Knox e i suoi colleghi sono stati i primi a combinare dati da quattro esperimenti che studiano il fondo cosmico, fra cui BOOMERANG. La loro analisi, sottoposta per la pubblicazione sulla rivista Astrophysical Journal Letters, dice che l’età dell’universo ha il 68 per cento di probabilità di essere compresa fra 13,5 e 14,5 miliardi di anni, e del 95 per cento di essere compresa fra 13 e 15. I nuovi dati del satellite americano MAP, lanciato nel giugno scorso, potrebbero migliorare di gran lunga la precisione di questa stima, portandola a un incertezza di soli 100 milioni di anni.
21.12.2000
In passato, l’universo era più caldo
Grazie a UVES misurata la temperatura della radiazione cosmica di fondo di 12 miliardi di anni fa
Per la prima volta è stata misurata la temperatura della radiazione cosmica di fondo nel periodo in cui l’universo aveva solo 2,5 miliardi di anni.
Gli astronomi dell’Osservatorio Paranal di Atacama, in Cile, hanno infatti ottenuto il dettagliato spettro di un quasar nell’universo distante grazie all’UV-Visual Echelle Spectrograph (UVES), montato sul telescopio VLT Kueyen da 8,2 metri di diametro. Le stime parlano di una temperatura compresa tra 6 e 14 Kelvin, in accordo con la previsione della teoria del big bang, che stima il valore intorno ai 9 Kelvin.
L’ideache ha guidato la ricerca è piuttosto semplice. L’universo è permeato dalla radiazione cosmica di fondo, la «radiazione fossile» scoperta casualmente da Arno Penzias e Robert Wilson nel 1964. Pur fortemente attenuata, tale radiazione riempie uniformemente lo spazio da quando è stata generata in seguito al big bang. Pertanto nelle epoche passate doveva essere molto più intensa, e la sua temperatura caratteristica doveva essere maggiore degli attuali 2,7 Kelvin, sufficientemente alta da riuscire a eccitare i livelli atomici di alcuni elementi che compongono gli oggetti stellari. Poiché la luce di quasar distanti ci giunge dopo miliardi di anni, gli spettri caratteristici di tali oggetti possono indicare quanto siano stati eccitati dalla radiazione cosmica di fondo della stessa epoca. In tal modo è quindi possibile risalire alla temperatura caratteristica della radiazione presente molti miliardi di anni or sono.
La scoperta è stata resa possibile dai telescopi di nuova generazione. Fino a pochi anni fa, non esisteva strumentazione sufficientemente sensibile da rilevare gli spettri di oggetti distanti come i quasar. Ma già l’avvento degli specchi da otto metri posti sulla cima del Mauna Kea, nelle Hawaii, aveva permesso di ottenere un limite superiore per la temperatura della radiazione cosmica di fondo risalente a 3,4 miliardi di anni fa.
31.01.2001
La vita cominciò nello spazio profondo?
I primi composti chimici potrebbero essersi formati lontani dalla Terra
Ricreando in laboratorio le condizioni presenti nel freddo spazio interstellare, gli scienziati della NASA hanno costruito cellule primitive che riproducono le strutture a membrana trovate in tutti gli esseri viventi e potrebbero perciò aver avuto un ruolo importante nell’origine della vita.
Il risultato degli scienziati NASA — che sarà riportato sul prossimo numero dei «Proceedings of the National Academy of Sciences» — è ritenuto importante per la teoria secondo cui il via alla vita sulla Terra è stato dato da composti organici portati da comete, meteoriti e polveri interplanetarie.
«Gli scienziati — ha spiegato Louis Allamandola, il ricercatore della NASA che ha condotto lo studio — credono che simili molecole siano necessarie per costruire una membrana cellulare e per dare origine alla vita in tutto lo spazio.»
La produzione artificiale di una protocellula a partire da composti chimici elementari è considerata un grande passo avanti, poiché potrebbe implicare l’esistenza della vita ovunque nell’universo.
«Il processo — ha continuato Allamandola — si verifica spesso nelle dense nubi molecolari che si trovano nello spazio. La scoperta ha importanti implicazioni per l’attività della NASA soprattutto per le missioni di astrobiologia.»
Attualmente non è noto se la vita sia cominciata da un semplice tratto di RNA o da materiale genetico incapsulato in una membrana, ma a un certo punto dell’evoluzione la membrana ha sicuramente acquistato un’importanza fondamentale.
«Le membrane — ha concluso Jason Dworkin, del SETI Institute, l’ente che dedica la propria attività alla ricerca di vita extraterrestre — sono come una casa; può darsi che queste molecole fossero solo materiale sparso in cui i composti chimici originari si sono introdotti per avere una protezione.»
(Continua: all’infinito….)
