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tra Scienza & Coscienza

"Il cielo stellato sopra di me, la legge morale dentro di me'' I. Kant

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STORIE DALL’ORIGINE DELL’UNIVERSO: IL BUCO NERO SULL’USCIO DELL’UNIVERSO

Quasar e buchi neri formano una delle accoppiate più misteriose e interessanti dell’universo: un gruppo di astronomi, presso il Massachusetts Institute of Technology, il Max Planck Institute, il Carnegie Institute e altri enti, con una massiccia presenza di scienziati italiani, ha rilevato un buco nero super-massiccio distante circa 13 miliardi di anni luce da noi che mantiene in vita il quasar Ulas J134208.10+092838.61, emettendo una luminosità di miliardi e miliardi di stelle.

Per capire l’implicazione della ricerca bisogna rendersi conto che stiamo parlando di uno degli oggetti più distanti da noi mai osservati. Il buco nero misura circa 800 milioni di masse solari e l’importantissima scoperta ha meritato la pubblicazione su Nature.

All’origine della scoperta, ci ha spiegato lo scienziato a capo del survey Eduardo Bañados, del Carnegie Institute, c’è la rilevazione di un Quasar estremamente luminoso e massiccio.
L’oggetto si trova ad una distanza temporale di 690 milioni di anni dall’inizio dell’universo, quindi in scala cosmica stiamo parlando di un universo ancora molto giovane. Bañados ha detto: “L’oggetto ci offre una foto rara e unica di quando l’universo aveva il 5% della sua età attuale, insomma se l’universo fosse una persona di 50 anni adesso staremmo osservando la foto di quella persona quando ne aveva due e mezzo”.

Abbiamo contattato anche Chiara Mazzucchelli, una dei tre scienziati italiani all’interno del progetto, in forze all’ Istituto Max Planck per l’astronomia.
La ricercatrice ci ha spiegato cosa significa che J1342 sia un Quasar ad “alto redshift”.
“Proprio attraverso il redshift- ha spiegato la scienziata- noi possiamo collegare la distanza in cui il quasar si trova rispetto alla terra e rispetto al tempo in cui questo oggetto è stato osservato”.
Un dato estremamente sorprende è contenuto in un dato: “in 690 milioni di anni, dopo la formazione dell’universo, una serie incredibile di masse solari si è raccolta in un solo punto”

Una cosa del genere va a sfidare logicamente anche la fisica teorica: ” I modelli suggeriscono che questi buchi neri possono essersi evoluti da altri massicci conglomerati di gas con massa superiore di 10000 volte a quella del sole o addirittura dall’esplosione della prima generazione di stelle del nostro universo”.

Alcuni di questi modelli però portano alla formazione di buchi neri meno massicci, di quello che è stato rilevato nel quasar, si può allora attribuire l’oggetto ad un effetto chiamato aaccrescimento di super Eddington.

La scienziata italiana ci ha indicato che il “seme” da cui si è formato J 1342 deve essere stato pari ad “almeno 1000 masse solari e ad una distanza temporale di 100 milioni di anni dal Big Bang”.

Lo strumento che ha portato alla scoperta è Fire che impiega  gli infrarossi e si trova in Cile; FIRE è uno spettrometro che va a classificare gli oggetti proprio in base a questa frequenza misurando effetto redshift e doppler delle galassie e di altri oggetti come i quasar.

Un quasar dunque sembra legare i misteri dietro l’espansione dell’universo, la formazione della materia nell’universo primordiale e l’origine dei buchi neri, capire tramite i nuovi strumenti (Euclid, il JWT e l’E-ELT) l’origine di questo quasar risolverà una serie di problemi di lunga data, magari aprendo una nuova porta, piena di aria fresca, per la cosmologia.

Gianluigi Marsibilio

 

Crediti foto: Robin Dienel, Carnegie Institution for Science

BIG BANG, NO GRAZIE: L’UNIVERSO è FRUTTO DI UN RIMBALZO COSMICO?

 

In settimana la pubblicazione dell’articolo Bouncing cosmology inspired by regular black holes da parte del professor J.C.S Neves dell’Instituto del Matemática, Estatística e Computação Científica dell’ Universidade Estadual ha ispirato tanti a riconsiderare e a tornare a parlare di teorie alternative al Big Bang, noi nella notte abbiamo sentito lo scienziato che ci ha spiegato il ruolo dei buchi neri nel suo modello, introducendoci a tanti concetti estremamente interessanti, ma anche leggermente complessi.

Il professor Neves ha tenuto un tono sempre molto divulgativo e ha spiegato punto dopo punto il suo modello che prevede, come ogni big bounce che si rispetti, fasi continue di contrazione e espansione per l’universo.

 

– Quali sono i principali problemi nella teoria del big bang?

Il modello standard della cosmologia è chiamato modello Lambda-Cold-Dark-Matter (Lambda-CDM). In generale per le persone (non specialiste) la teoria è stata nominata come : “big bang”. Per i ricercatori, il big bang è solo la singolarità iniziale e rappresenta il problema più importante nel modello standard.

Perché?

La singolarità iniziale promuove un fallimento nella teoria della gravità di Einstein. La relatività generale è la base della cosmologia moderna e con una singolarità, allo stato primoridiale dell’universo, il modello standard fallisce. Le grandezze fisiche e geometriche nella singolarità iniziale non hanno valori finiti per questo, il big bang inteso come singolaritò è il più grande problema in cosmologia, un qualcosa di impossibile!

– Qual è il ruolo dei buchi neri nella cosmologia del big bounce?

Per risolvere questo problema, sono apparsi modelli di cosmologie che prevedono i rimbalzi (bounce). La singolarità iniziale viene dunque sostituita da un rimbalzo regolare, una transizione tra le fasi di contrazione e di espansione. La relatività generale non soffrirà quindi del problema delle singolarità nelle varie teorie del big bounce.

Se l’universo rimbalza, è possibile supporre l’esistenza di buchi neri nella fase precedente, cioè quella di contrazione. I buchi neri non vanno completamente distrutti dopo il rimbalzo, o almeno le loro onde gravitazionali, per questo una sorta di segnale dai buchi neri, tramite onde gravitazionali può essere rintracciato oggi.

– Quali sono le peculiarità di questo modello?

Cosmologie del genere sono una vecchia idea. Il mio modello, in particolare, risolve il problema della singolarità iniziale introducendo nel modello i buchi neri regolari.

I buchi neri regolari sono senza una singolarità all’interno del loro orizzonte degli eventi.

– Che ruolo ha il tempo nel tuo modello?

Nel mio modello, il tempo ha lo stesso ruolo rispetto al modello standard. È una coordinata nelle equazioni di campo di Einstein. Il tempo non ripristina il suo “flusso” nella fase di contrazione.

– Che cos’è un “fattore di scala” in relatività?

In cosmologia, il fattore di scala misura la variazione del tessuto spazio-temporale. Indica se l’universo si sta espandendo, contraendo o se è statico. È solo una funzione nelle soluzioni delle equazioni di Einstein. Nel modello standard, il fattore di scala dipende dal tempo. Nel mio modello, dipende dal tempo e dalla scala cosmologica.

A causa di una diversa concezione del fattore di scala, il mio modello potrebbe descrivere il nostro universo in diversi modi. Sappiamo che per le scale di grandi dimensioni, l’universo è quasi omogeneo mentre per le più piccole è disomogeneo.

Questa caratteristica è osservativa e il modello standard non la descrive a a differenza dal modello che prevede il bounce.

Dove si potrebbero trovare le prove concrete della tua teoria?

Come ho detto, per mezzo dei buchi neri si potrebbe trovare la prova di una fase precedente, uno strumento chiave sono le annesse onde gravitazionali prodotte dalla contrazione dell’universo.

Gianluigi Marsibilio

LA “COLORSFERA” DEL SOLE

Questa immagine colorata è uno “spettro flash della cromosfera” catturato durante l’eclissi solare totale che si è verificato negli Stati Uniti il ​​21 agosto di quest’anno, dal team della spedizione ESAche ha monitorato l’eclissi da Casper, nel Wyoming.

Durante un’eclissi, quando la Luna oscura temporaneamente la luce travolgente della fotosfera del Sole, gli astronomi possono effettuare misure non possibili in condizioni normali. Tra queste l’analisi della tonalità di rosso, normalmente invisibile, della cromosfera, lo strato dell’atmosfera solare direttamente sopra la superficie turbolenta della fotosfera.

Un’immagine di questo tipo può essere ottenuta solo dall’ultima e dalla prima luce del lembo solare, subito prima e subito dopo la fase totale dell’eclissi rispettivamente, quando è possibile riprendere questo tipo spettro chiamato “flash” proprio perché le misurazioni devono essere completate in pochissimi secondi. È così che l’emissione di luce che arriva dalla cromosfera del Sole può essere suddivisa in uno spettro di colori, che mostrano l’impronta digitale di diversi elementi chimici. L’emissione più intensa è dovuta all’idrogeno, così come l’emissione rossa in H alpha che vediamo all’estremo destro.

Nel mezzo, il giallo brillante corrisponde all’elio, un elemento scoperto proprio in occasione di uno spettro di questo tipo raccolto durante l’eclisse totale del 18 agosto 1868, anche se in quel momento ancora non si sapeva di cosa si trattasse. Solo tre decenni dopo, l’elio verrà scoperto sulla Terra e quello spettro associato ad esso, si scoprirà poi trattarsi del secondo più abbondante elemento nell’intero Universo, dopo l’idrogeno!

L’immagine è stata ripresa dal team del Cesar science educational project (European Space Astronomy Centre vicino a Madrid, Spagna). Altre immagini raccolte durante l’eclissi sono visibili sul sito del progetto Cesar eclipse.

 

Redazione Coelum

Foto: ESA/M. Castillo-Fraile

UNIVERSE2GO, UNA PICCOLA FINESTRA SULL’UNIVERSO

Universe2go è un piccolo rifugio, una piccola finestra che tramite il visore e il vostro smartphone, qualunque esso sia, si apre verso il cosmo.

Uno strumento che ci ha fatto divertire tanto e soprattutto è stato utilizzabile in pochi minuti, con la semplice installazione dell’app e la messa a punto del visore: si esegue tutto in pochi minuti con incredibile semplicità.

Le modalità che possiamo utilizzare sono varie e adatte ad ogni tipo di astrofilo, dal neofita al più esperto. Al primo uso e magari con pochi rudimenti nello studio del cielo ci si può avventurare nella modalità principiante o esplorazione, dove è possibile avere delle spiegazioni in tempo reale degli oggetti che si stanno visualizzando. Per i più esperti c’è la possibilità di programmare i propri oggetti con descrizioni annesse.

L’oggetto è stato pensato esattamente per una visione 2.0 del cielo e per essere uno strumento veramente innovativo nel suo campo in modo soddisfacente e divertente. La più grande capacità è quella di saper catturare adulti, giovani, nonni e bambini ad un primo approccio tangibile con l’idea del cielo notturno.

Universe2go è perfetto da affiancare ad un primo telescopio, le immagini che vengono fuori sono di ottima qualità e anche la possibilità di vedere le figure in 3D rende, dal punto di vista visivo, tutto più soddisfacente.

I suoi punti di forza stanno nella versatilità, nel costo piuttosto contenuto e nella possibilità di avere una vera visione a 360 gradi del cielo notturno, dalle galassie, ai pianeti agli asterismi più remoti.

Anche le guide e le possibilità di esplorazione sono di ottima fattura e anzi sono sicuro di vedere, nel corso degli anni, miglioramenti all’app come al visore stesso, capaci di far fare un ulteriore salto di qualità allo strumento.

Universe2go è un oggetto smart, intelligente e adattabile ad ogni situazione, che si tratti di esplorazione, curiosità, sete di infinito: questo strumento è un simpatico modo per evadere dalla realtà, almeno fino a quando la batteria dello smartphone diventa rossa e ci avvisa che è ora tornare nella nostra realtà.

Universe2go sarà protagonista delle nostre serate, in particolare quella del 12 agosto, dove sarà possibile provare il visore.

 

CAPIRE L’UNIVERSO CON UN SUPERCOMPUTER, FEDERICO MARINACCI CI PARLA DEL PROGETTO AURIGA

Federico Marinacci è un giovane scienziato italiano, attualmente in forze all’MIT Kavli Institute, la sua storia parte da Perugia, attraversa Bologna e arriva negli Usa, tuttavia il vero leit motif della sua vita sono le galassie e la loro formazione, oggi ci ha raccontato uno dei progetti più innovativi nel campo dello studio dell’Universo: AURIGA.

 

Come nasce l’idea di simulare la formazione delle galassie in un supercomputer? Come si costruisce una simulazione in un supercomputer?

L’idea di simulare la formazione delle galassie in un supercomputer deriva dal fatto che i meccanismi di formazione e di evoluzione delle galassie rappresentano un problema estremamente difficile da affrontare. La descrizione dei processi fisici che plasmano l’evoluzione di questi oggetti astronomici rende necessario l’utilizzo di modelli teorici molto raffinati e sofisticati. Data la complessità dei modelli impiegati, l’approccio numerico è l’approccio più completo per estrarre l’informazione necessaria a meglio comprendere la formazione delle strutture nell’Universo. Ovviamente i modelli numerici non sono perfetti ed esenti da approssimazioni, a volte anche abbastanza grossolane. Tuttavia la continua crescita della potenza di calcolo installata nei supercomputer ha permesso che modelli via via più sofisticati possano essere utilizzati nelle simulazioni per ottenere una descrizione più realistica dei vari processi fisici che concorrono a formare una galassia. Questo duplice progresso, sia nella potenza di calcolo sia nella accuratezza delle simulazioni, è stato inarrestabile, e consente di sviluppare teorie sempre più complete sull’evoluzione del nostro Universo.
La realizzazione di una simulazione cosmologica in un supercomputer è un lavoro complicato. Prima di arrivare ad eseguire la simulazione principale sono necessari diversi mesi di sviluppo e di test del codice numerico da impiegare. Un codice numerico per simulazioni cosmologiche è composto da diverse parti, dette moduli, ognuna delle quali descrive l’evoluzione di un dato processo fisico. Ci sono moduli preposti a calcolare la forza di gravità, altri che descrivono l’evoluzione del gas nella simulazione, altri ancora che quantificano il numero di stelle o buchi neri si formano, altri che tengono conto di quanta energia le stelle e i buchi neri emettono e quali conseguenze questo rilascio di energia ha sul gas (il cosiddetto feedback), ecc. Tutti questi moduli devono funzionare all’unisono per poter seguire l’evoluzione degli oggetti astronomici simulati per l’intera vita dell’Universo, all’incirca 14 miliardi di anni.
Una volta messo a punto il modello, anche eseguire le simulazioni su un supercomputer non è affatto semplice. Prima di tutto, occorre individuare il supercomputer più adatto su cui effettuare la simulazione. Successivamente bisogna inoltrare una domanda per ottenere il tempo di calcolo necessario ad effettuare le simulazioni desiderate, che può essere dell’ordine di milioni di ore di calcolo. Dato che il tempo di calcolo è prezioso ed è una risorsa finita, la richiesta di accesso al supercomputer è valutata da esperti che decidono se il progetto presentato è meritevole di essere premiato, sia dal punto di vista scientifico che di uso delle risorse. Un volta ottenuto il tempo di calcolo bisogna “far girare” il codice sulla macchina e far fronte ai vari problemi, sia di natura informatica sia relativi al modello utilizzato, che si possono presentare nel corso della simulazione. Nel progetto Auriga abbiamo utilizzato qualche migliaio di processori su cui abbiamo eseguito le simulazioni per un periodo di alcuni mesi. Complessivamente queste simulazioni hanno prodotto terabyte di dati. In seguito, questa enorme quantità di dati deve essere analizzata e tale processo richiede ulteriori risorse di calcolo avanzate. Da questa descrizione sommaria è possibile capire il grado di complessità di questi studi e come progetti di questa portata siano possibili soltanto grazie all’impegno coordinato di un gruppo di ricerca, con competenze che spaziano dalla conoscenza dell’astrofisica a quella di calcolo numerico e di informatica.

Con il progetto AURIGA su quali proprietà delle galassie vi state concentrando?

Il progetto Auriga nasce con l’intento di studiare la formazione e l’evoluzione di galassie simili alla Via Lattea. Capire la formazione e l’evoluzione di questi sistemi da un punto di vista teorico è stato un problema la cui soluzione ha impegnato gli astrofisici per decenni. Soltanto recentemente questo problema sembra aver trovato una soluzione. Con questo non voglio dire che abbiamo una teoria che spieghi tutti gli aspetti della formazione e dell’evoluzione di questi oggetti astronomici, ma rispetto a circa un decennio fa sono stati compiuti notevoli progressi. In particolare, vari gruppi di ricerca sono ora in grado di produrre nelle loro simulazioni galassie le cui caratteristiche sono in accordo ragionevole con le proprietà osservate nella Via Lattea, cosa che fino a poco tempo fa sembrava un obiettivo quasi irrealizzabile.
In linea di principio, una simulazione numerica ci permette di studiare quasi tutti gli aspetti che vogliamo di una galassia, compatibilmente con i modelli che si sono usati nella simulazione stessa e con la sua risoluzione massima. È ovvio, ad esempio, che non si può studiare l’evoluzione di una singola stella se, come nel caso di Auriga, il più piccolo elemento di massa di cui la simulazione può tenere traccia è di qualche migliaio di masse solari. Tuttavia, nonostante queste limitazioni, il numero di proprietà che può essere indagato è molto elevato. Ad esempio, si possono studiare la distribuzione della densità di stelle all’interno della galassia, la quantità di gas che questa contiene, in che modo le stelle ed il gas nella galassia si muovono, quali e quanti elementi chimici sono sintetizzati nelle stelle nel corso della loro evoluzione, il legame tra una galassia e l’ambiente che la circonda. Questo è un elenco che riporta solo alcuni temi che sono stati (o saranno) oggetto di studio da parte del progetto Auriga.
Con il progetto Auriga siamo interessati allo studio di due aspetti principali delle proprietà delle galassie simulate. Da un lato vogliamo confrontare i nostri risultati con i dati osservativi disponibili per questo tipo di galassie. In questo modo possiamo avere un’idea della capacita dei modelli teorici, che rappresentano la fonte principale di incertezza nelle simulazioni, di produrre delle galassie che assomigliano a quanto si osserva nell’Universo. Il secondo aspetto consiste nel ricavare dalle nostre simulazioni delle previsioni sulle proprietà delle galassie, al fine di guidare le osservazioni future e di migliorare la comprensione di quelle esistenti. In entrambi i casi il confronto tra i risultati ottenuti a partire dalle simulazioni e le osservazioni è un elemento cruciale per accrescere la nostra conoscenza dell’evoluzione dell’Universo e degli oggetti che lo popolano.

Qual è l’importanza dei buchi neri nella formazione delle galassie?
I buchi neri rivestono un ruolo molto importante nella formazione ed evoluzione delle galassie. Prima però occorre fare una precisazione: i buchi neri di cui sto parlando sono quelli che si trovano al centro di una galassia. Questi buchi neri sono giganteschi, infatti possono avere una massa dell’ordine di miliardi di volte quella del nostro Sole e per questo vengono definiti supermassicci. Il loro meccanismo di formazione non è ancora totalmente ben compreso. Tuttavia le osservazioni mostrano che le loro proprietà, ed in particolare la loro massa, sono legate a quelle delle galassie che li ospitano. Questo ha portato gli astronomi ad ipotizzare che ci sia una sorta di co-evoluzione tra il buco nero supermassiccio presente al centro di quasi tutte le galassie e la galassia stessa.
La presenza di questa co-evoluzione riveste un ruolo fondamentale per una galassia. Questo perché i buchi neri supermassicci, tramite l’accrescimento di parte del gas presente nella galassia ospite, emettono un’enorme quantità di energia che depositano nel gas stesso, modificandone il comportamento. Semplificando al massimo, una galassia può essere vista come una fucina in cui il gas presente viene convertito in nuove stelle. L’energia liberata da un buco nero supermassiccio modifica l’efficienza di tale processo. In casi estremi, l’energia rilasciata è talmente grande da far cessare completamente la formazione stellare, con profonde implicazioni sull’evoluzione futura della galassia stessa. Questo meccanismo di feedback da buco nero è estremamente efficiente in galassie molto grandi, che si trovano all’interno dei cosiddetti ammassi di galassie, oggetti che contengono migliaia di galassie legate tra di loro gravitazionalmente. In effetti, le simulazioni numeriche suggeriscono che questo è il meccanismo principale per cui, al giorno d’oggi, le galassie al centro degli ammassi non producono più nuove stelle.
Per galassie più piccole l’importanza di questo canale di feedback diminuisce ed altri processi, che vanno sotto il nome di feedback stellare, controllano l’efficienza della conversione di gas in stelle. Le galassie che abbiamo simulato nel progetto Auriga sono, per così dire, nella zona di transizione tra questi due canali di feedback. In particolare il nostro studio ha mostrato che l’energia proveniente dal buco nero può influenzare la struttura della galassia che lo ospita, e nello specifico l’estensione del suo disco stellare. Ad ogni modo, vi sono altri fattori in grado di poter influenzare la struttura della galassia oltre all’energia prodotta dal buco nero. Quindi serviranno studi ulteriori per capire appieno come tutte le tessere del puzzle si incastrino tra loro. È però interessante vedere come il buco nero centrale possa condizionare l’evoluzione di oggetti in cui non è previsto un effetto così marcato.

Qual è il legame tra il progetto AURIGA e le missioni spaziali attualmente in corso che stanno mappando il cielo?

Come ho già avuto modo di osservare brevemente sopra, il legame tra le simulazioni e le osservazioni è di fondamentale importanza per avanzare la conoscenza dei processi fisici che plasmano l’evoluzione delle galassie. Da un lato, le simulazioni permettono di creare modelli teorici che poi vanno testati rispetto all’evidenza osservativa e che possono aiutare ad interpretare i dati disponibili; dall’altro, le osservazioni guidano la costruzione dei modelli teorici da utilizzare nelle simulazioni.

Il progetto Auriga si occupa di diverse aree scientifiche, ciascuna delle quali analizza determinate proprietà delle galassie simulate. Tali proprietà vengono confrontate con quelle delle galassie reali, osservate con strumenti di vario tipo, sia da terra che dallo spazio, a differenti lunghezze d’onda, che vanno dalla banda radio ai raggi X. Rimanendo nell’ambito delle missioni spaziali attualmente in corso, confronteremo la distribuzione, la composizione chimica e la cinematica (ossia il moto) delle stelle presenti nelle simulazioni con i dati ottenuti dal satellite ESA Gaia. Questo satellite ha l’obiettivo di produrre una mappa astrometrica (vale a dire misurare la distanza, la posizione e la velocità) molto accurata di circa un miliardo di stelle della Via Lattea. Questa enorme mole di dati ci consentirà di eseguire un confronto molto dettagliato tra le nostre simulazioni e l’Universo reale, al fine di formulare teorie sempre più realistiche che svelino i misteri dell’Universo che ci circonda.

Gianluigi Marsibilio

Crediti foto: Robert J. J. Grand, Facundo A. Gomez, Federico Marinacci, Ruediger Pakmor, Volker Springel, David J. R. Campbell, Carlos S. Frenk, Adrian Jenkins and Simon D. M. White

UN UNIVERSO SENZA BIG BANG è SEMPLICEMENTE IMPOSSIBILE

Il detto usato in Prometheus : “Tutte le grandi cose hanno piccoli inizi”, sembra non applicarsi perfettamente all’universo.

Il Big Bang come inizio non dovrebbe essere stato molto tranquillo: i dati di Planck mostrano come l’universo circa 13,8 miliardi di anni fa, quindi esattamente a ridosso della data del grande scoppio, era una bellissima e calda zuppa della nonna, ricca di particelle e gas primordiali. Quando ci avviciniamo al Big Bang, la densità di energia e la curvatura crescono fino a raggiungere il punto in cui diventano infinite. Nel corso degli anni si è cercato di ripulire la cosmologia dall’idea del Big Bang, ma un nuovo paper redatto da Jean-Luc Lehners, del Max Planck Research Group in Theoretical Cosmology, da Neil Turok e Job Feldbrugge del Perimeter Institute afferma come, ad oggi, sia impossibile svincolare il nostro universo dal Big Bang. Sembra proprio che lo scetticismo di Fred Hoyle sia andato a perdersi del tutto.

Alcune idee si sono susseguite nel tempo per permettere di accantonare il Big Bang, Lehners ha spiegato: “Si potrebbe pensare ad una geometria che è un po’ come la superficie di una palla: liscia e senza limiti- poi ha continuato- Ciò che è speciale in questo è che una geometria del genere non esiste nella fisica classica, ma risulta possibile nella fisica quantistica”.

Uno dei grandi fautori di questo universo senza confini è stato sicuramente Hawking, tramite la teoria dello stato senza confini. Il fallimento dietro questa idea è stato raccontato dallo scienziato: “Dietro questa ricerca c’è infatti un’instabilità catastrofica”. Ad oggi il vero limite è matematico e fisico, troppo spesso infatti, nell’elaborazione matematica di teorie alternative, si cade negli infiniti che devono essere evitati: “ Un’idea interessante è che l’universo sarebbe potuto rimbalzare da una fase concorrenziale precedente”: attualmente si sta facendo molta ricerca per confermare la fattibilità di questa ricerca.

La proposta no- boundary non è impossibile, tuttavia secondo i calcoli effettuati non permetterebbe un universo stabile e grande quanto il nostro, ma solo modelli di universi irregolari e sulla perenne soglia del collasso.

Ad oggi la migliore certificazione del BANG è la radiazione cosmica che permea l’universo: “ È la migliore prova – ha affermato Lehners- che abbiamo avuto una fase estremamente densa e calda, come effettivamente previsto dalla teoria del Big bang”. Logicamente le prove sono ancora da ricercare e ancora abbiamo i tasselli completi della situazione, quindi è ancora difficile collocare il Big Bang come simbolo dell’inizio dell’Universo.

Non ancora sappiamo con precisione cose è successo con il Big Bang, qualcosa di molto speciale deve essere accaduto per permettere l’evoluzione dell’universo come lo conosciamo: “Dobbiamo continuare a cercare indizi” ha concluso il fisico. La cosmologia attualmente sta speculando anche sulla possibilità di un multiverso, ovvero l’idea che accanto al nostro universo ci siano altri, forse infiniti universi; con questa possibilità abbiamo stuzzicato Lehners: “Se pensiamo che il Big Bang è qualcosa che può accadere con una certa probabilità, allora è naturale speculare su queste idee”. Questi mondi tuttavia sarebbero completamente separati da noi, e nessuna occasione di verificarli è possibile: “ È ovviamente molto importante che qualsiasi teoria scientifica possa veramente essere testata, altrimenti è solo pura speculazione. Con il problema del multiverso siamo sicuramente al limite di questo criterio”.

Gianluigi Marsibilio

 

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#LIBRODELLASETTIMANA – UN MONDO DI MONDI. ALLA RICERCA DELLA VITA INTELLIGENTE NELL’UNIVERSO

Il palcoscenico del cosmo viene analizzato in tutta la sua immensità in Un mondo di mondi. Alla ricerca della vita intelligente nell’Universo. Il libro dalla prospettiva, fortemente storica e filosofica, è una vera perla nel panorama delle nuove uscite divulgative; i due autori Giulio Giorello, docente di Filosofia della scienza all’Università degli Studi di Milano e Elio Sindoni, professore di Fisica generale e collaboratore con la Princeton University offrono una panoramica dall’antica Grecia alle teorie della fisica contemporanea, analizzando le varie visioni storiche sull’esistenza di altri mondi e sulla loro possibile abitabilità, tutto questo viene fatto attraverso uno sguardo critico e diverso dei due validissimi autori.

Le citazioni riprese, da cui partono tutti i ragionamenti, sono magnifiche e adatte a darci un’idea sul tema. Il libro analizza tutte le varie prospettive con le quali si è osservato il cielo nel corso dei secoli. Il volume è ottimo per chi non ha mai avuto una vera infarinatura sui vari concetti che hanno portato alle attuali scoperte di esopianeti.

Viene analizzato il palcoscenico sulla quale ci siamo appena affacciati con il pensiero e con gli strumenti. Tutto comunque rimane ancora da scoprire, dal punto di vista filosofico e scientifico. Non resta allora che augurare a tutti una buona caccia in questo scenario cosmico dalle frontiere infinite.

Gianluigi

NUOVE IDEE PER L’ESPANSIONE COSMICA, IL RUOLO DELL’ENERGIA OSCURA VA RIPENSATO?

Il quadro teorico della fisica è sempre una storia avvincente da divulgare e sostanzialmente ogni giorno viene aggiunto un tassello: la ricerca pubblicata su Physical Review D da parte di Qingdi Wang, Zhen Zhu, e William G. Unruh dell’Università della British Columbia, ha fornito un quadro nettamente diverso dell’Universo e della sua espansione.

Nello spazio in cui viviamo infatti, zoommando il nostro Universo si dovrebbe assistere, secondo i ricercatori, a una fluttuazione quantistica oscillante e selvaggia da parte di ogni singolo punto, che si espande e contrae. I due effetti tenderebbero a un annichilamento che però, in scala macroscopica, avrebbe l’effetto di spingere l’Universo a espandersi, lentamente e con una velocità di accelerazione.
Gli astronomi si sono posti, sperimentalmente, il problema di questa accelerazione fin dal 1998: la spiegazione migliore è stata che lo spazio non può essere vuoto, ma deve essere permeato da un’energia oscura che “spinge via” letteralmente la materia, accelerando così l’espansione dell’Universo.

Abbiamo intervistato William G. Unruh, che ci spiega invece in modo molto semplice questa nuova e radicale ipotesi: «A noi lo spazio sembra essere praticamente statico, con cambiamenti in una scala di tempo dell’ordine di miliardi di anni». Il modello proposto invece: «sostiene che lo spazio cambi in una scala di tempo di un miliardesimo, di miliardesimo, di miliardesimo… di miliardesimo di secondo! Se non ancora più velocemente. Con un Universo che si espande e si contrae, in modo diverso da punto a punto, in questa scala di tempi». In questo modo, alla nostra scala spazio-tempo vediamo solo una media di questo ribollire selvaggio, che ce lo fa sembrare molto più tranquillo e i cui cambiamenti ci appaiono molto, molto più lenti.
Il lavoro pubblicato è una proposta per affrontare in modo nuovo un problema storico come quello della costante cosmologica e della sua incompatibilità con la “lenta” ma accelerata espansione osservata nell’universo.

La proposta del gruppo richiama il concetto di schiuma quantica di Wheeler: «Wheeler, nelle sue intuizioni di come dovrebbero essere lo spazio e il tempo in una scala così piccola, si avvicinò all’idea che la struttura delle distanze spazio-temporali dovesse essere incredibilmente caotica (higgledy-piggledy usando un suo termine)».

Lo spazio e il tempo dunque sembrano fluttuare, ma rimane difficile sentire il loro ondeggiare, dato che tutto questo avviene a una scala miliardi e miliardi di volte più piccola, anche rispetto alle dimensioni di un elettrone. A noi non resta che perderci in questo modello teorico che con un’idea brillante ci fa ondeggiare, quasi al ritmo delle onde, avvicinandoci alla stagione estiva e al cosmo.
Gianluigi Marsibilio

LA CACCIA ALL’ASSIONE È LEGATA ALLA MATERIA OSCURA?

La ricerca verso gli assioni, particella prevista da vari modelli fisici, ha fatto un passo avanti verso ulteriori conferme o smentite: il gruppo di ricercatori guidato da Steve Lamoreaux e dal suo allievo B. M. Brubaker, dell’Università di Yale, ha fatto partire un nuovo esperimento che amplifica il range di ricerca di questo mattone fondamentale, spesso connesso anche alla materia oscura.

I teorici hanno previsto di rilevare gli assioni ad un’energia compresa tra l’1 μeV e i 50 meV.

Steve Lamoreaux, ordinario di fisica a Yale, ci ha precisato il ruolo di questa particella: “In un certo senso l’assione gioca un ruolo molto simile alla particella di Higgs, in quanto è stata introdotta per rendere la teoria fondamentale in grado di comportarsi sulla base delle osservazioni ottenute. L’assione è una particella di massa estremamente bassa, circa 30.000 miliardi di volte inferiore a un protone, e con una massa 10 miliardi di volte inferiore a quella dell’elettrone”.

Noi di Tra Scienza & Coscienza abbiamo raggiunto Brubaker che ci ha parlato di come la particella sia legata ad un problema assillante per la fisica, ovvero lo “strong cp problem”: “Nel modello standard della fisica particellare c’è un parametro chiamato Theta che ci aspettiamo debba avere un valore di 1, tuttavia gli esperimenti suggeriscono che il suo valore posso avvicinarsi allo 0, meno dell’1/ 10000000000, per essere precisi”.

Gli assioni da tempo, ad esempio nella teoria di Peccei–Quinn, sono additati come possibili risolutori del problema CP. Il ricercatore capo ha precisato: “Se esistesse l’assione funzionerebbe sostanzialmente come un ciclo di feedback cosmico che costringe theta a 0 ovunque nell’universo”.

È qui che entra in gioco la materia oscura: l’assione, data la sua probabile interazione estremamente debole con la materia ordinaria, è additato come un possibile candidato per svelare i misteri della materia oscura.

Lamoreaux ha precisato: “L’assione è un candidato particellare adatto per la materia oscura, perché la sua interazione con la materia ordinaria e la luce è estremamente debole. Questo è uno dei requisiti chiave per la materia oscura, che tecnicamente è invisibile perché non può essere vista con la luce o rilevata dalle interazioni con la materia ordinaria”.

Anche Brubaker è aperto all’ipotesi: “Anche se gli assioni non sono stati originariamente teorizzati con la materia oscura nella testa, se effettivamente la massa della particella è abbastanza piccola, ha tutte le caratteristiche per spiegare la materia oscura”.

Se effettivamente queste particelle esotiche sono responsabili della materia oscura centinaia di miliardi di loro stanno passando attraverso il nostro corpo senza lasciare traccia: “Questi assioni cosmici – ha precisato Brubaker – potrebbero comportarsi come un’onda, avendo un’interazione molto particolare e rara con l’elettromagnetismo”.

Per arrivare alla messa a punto dell’esperimento, che ha un nome molto carino “HAYSTAC”, bisogna comprendere il comportamento della particella: “In un grande campo magnetico, come potrebbe essere quello utilizzato per una macchina di risonanza magnetica- ha precisato lo scienziato- una piccola frazione dell’onda dell’assione viene convertita in un’onda elettromagnetica ad una frequenza legata alla massa sconosciuta della particella”.

Da questo principio l’allievo di Lamoreaux e i colleghi sono partiti per realizzare la loro macchina caccia assioni: “Abbiamo costruito un rilevatore ultrasensibile per cercare di misurare queste piccole onde elettromagnetiche. Lo strumento comprende una “cavità a microonde”, che è un circuito risonante che può essere regolato come un ricevitore radio, per individuare il segnale dell’assione e distinguerlo dal rumore che è inevitabilmente presente”.

La frequenza nella quale gli scienziati si stanno muovendo è di poco superiore alla banda presa dai telefoni cellulari. Il professor Lamoreaux vede questa ricerca del segnale come “lenta e impegnativa”.

Nel corso degli anni ci sono stati esperimenti volti alla caccia dello strambo assione: “Ma finora – come ha precisato il capo scienziato – la sensibilità non è mai stata abbastanza buona”.

Determinare la massa dell’assione come cerca di fare ALPS II è fondamentale per migliorare la capacità di HAYSTAC: impostare la frequenza di ricerca sul rilevatore sarebbe fondamentale per scoprire il possibile legame tra materia oscura e assioni.

Brubaker ha concluso: “La fisica è una scienza sperimentale e dovremmo osservare gli assioni per confermare la loro esistenza, in fondo non importa quanto sia bella la teoria. Per tali particelle i metodi comuni non sono applicabili, abbiamo bisogno di essere creativi e adattare delle idee da altri campi della fisica”.

Dietro il discorso del ricercatore ci sono idee sperimentali sviluppate per campi della fisica come la computazione quantistica.

“È noto che le interazioni sono estremamente deboli e sfuggenti alle tecnologie di rilevazione – ha precisato Lamoreaux- nel caso del rilevatore di materia oscura questo è dovuto al fatto che noi non conosciamo l’esatta frequenza delle particelle”.

La caccia dell’ago in un pagliaio, come l’hanno definita gli scienziati, è apertissima.

 

Gianluigi Marsibilio

Crediti foto: Benjamin Brubaker/Yale University

 

 

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