lunedì 24 marzo 2014

L'Inflazione Cosmica E Dintorni In Una Infografica


Propongo come ottima risorsa educativa questa bella infografica che illustra la nascita dell'Universo, l'inflazione cosmica, e i vari problemi connessi  con la teoria dell'evoluzione dell'Universo, sino all'esperimento BICEP2 e la scoperta delle onde gravitazionali primordiali, annunciata nella conferenza stampa del 17 marzo scorso. 
L'infografica è stata realizzata da Karl Tate per Space.com. (C'è anche questa striscia di PHD Comics...bellissima). Comunque, non divaghiamo e cerchiamo di fare il punto.

L'astrofisico e cosmologo Alan Guth sviluppò per primo nel 1979 l'idea dell'inflazione cosmica presso la Cornell University e tenne il suo primo seminario sull'argomento nel gennaio del 1980.  Passato alla Stanford University, Guth propose formalmente l'idea dell'inflazione cosmica nel 1981: secondo tale ipotesi, l'universo nascente passò attraverso una fase di espansione esponenziale, guidata da una densità di energia del vuoto positiva (pressione del vuoto negativa).


I risultati della missione WMAP, nel 2006, hanno reso il caso dell'inflazione cosmica molto convincente. Misure con BICEP e il telescopio Keck Array hanno dato supporto all'idea dell'inflazione cosmica, la cui conferma si è avuta, come già affermato, il 17 marzo 2014, con i risultati della polarizzazione B-mode

Il termine inflazione si riferisce, quindi, alla rapida espansione esplosiva dello spazio-tempo, verificatasi una piccola frazione di secondo dopo il Big Bang. In un'altra minuscola frazione di secondo, l'inflazione rallentò fino ad un'espansione più tranquilla, che continua tuttora e sta accelerando.


Infographic: How the cosmic force of inflation enlarged the early universe.
Source SPACE.com: All about our solar system, outer space and exploration.
L'infografica mette in evidenza diversi step percorsi verso la comprensione dell'Universo.

La prima radiazione scoperta dagli astronomi è la radiazione cosmica di fondo o CMB (Cosmic Microwave Background). Tale radiazione fu rilasciata circa 380000 anni dopo il Big Bang. Se volete ascoltare il suono del Big Bang, risalente, secondo gli ultimi dati del telescopio Planck (pubblicati il 21 marzo 2013), a 13,82 miliardi di anni fa, andate a leggere questo post.

Il telescopio spaziale Planck dell'ESA ci ha fornito la mappa più dettagliata mai realizzata delle micro-onde cosmiche di fondo, rivelando l'esistenza di caratteristiche che sfidano le fondamenta delle nostre attuali conoscenze dell'Universo.
È una prima immagine a tutto cielo relativa alla luce più vecchia nel nostro Universo, impressa nel cielo quando aveva appunto solo 380.000 anni.
A quel tempo, l'Universo giovane era pieno di una sorta di zuppa bollente e densa di protoni, elettroni e fotoni fra loro interagenti, a circa 2.700 gradi Centigradi. Quando i protoni e gli elettroni si sono uniti a formare atomi di idrogeno, la luce è stata rilasciata. Dal momento in cui l'Universo si è espanso, tale luce oggi si è disposta sulla lunghezza d'onda delle micro-onde, equivalente ad una temperatura di soli 2.7 gradi sopra lo zero assoluto.
La "radiazione cosmica di fondo" mostra minime fluttuazioni di temperatura che corrispondono alle regioni con densità leggermente diverse agli stadi iniziali, e che rappresentano i semi di tutta la struttura che ne sarebbe poi derivata: le stelle e le galassie di oggi.
Un problema con la teoria del Big Bang è che le zone ai lati opposti dell'universo osservabile non devono apparire così simili, dato che le due aree non sono state causalmente collegate. 

Quello che gli astronomi chiamano l'universo osservabile (o volume di Hubble) è la regione sferica, avente un diametro di circa 90 miliardi di anni luce, centrata su un dato osservatore. All'orizzonte dell'universo osservabile, vediamo la radiazione cosmica di fondo. 
Gli astrofisici affermano che tutto, all'interno di un volume di Hubble, è causalmente connesso. Un osservatore sulla Terra (considerata al centro di un volume di Hubble) vede un Punto A, posto all'orizzonte della CMB. Sul lato opposto del cielo terrestre c'è il Punto B. 
I due punti sono separati da 90 miliardi di anni luce, e sono quindi al di fuori del volume di Hubble l'uno dell'altro. Come possono entrambi i punti avere proprietà simili, dal momento che non sono connessi causalmente?
C'è un ulteriore problema con la teoria del Big Bang: essa non spiega perché lo spazio-tempo è così piatto

Gli astrofisici, riferendosi ad un parametro dell'universo relativo alla sua densità, che hanno chiamato Omega (Ω), hanno rilevato che il valore di tale parametro è uguale a 1. Tale parametro indica il rapporto tra la densità media dell'universo e la densità di energia critica

Se Omega avesse un valore diverso da 1, l'universo sarebbe chiuso e dovrebbe collassare (Omega>1), oppure aperto e si dovrebbe espandere per sempre (Omega <1). 

Il nostro universo pare avere come valore di Omega proprio 1, la densità critica necessaria a renderlo piatto. La domanda degli astrofisici è: "Perché Omega è esattamente 1?".

Sia la piattezza che il problema dell'orizzonte possono essere spiegati entrambi soltanto se l'universo ha subito una breve ma massiccia inflazione. 
È difficile riferirsi all'inizio dell'universo senza ricorrere a molti zeri. L'era inflazionistica ebbe inizio una piccolissima frazione di secondo dopo il Big Bang. Se dovessimo scrivere tale frazione di secondo, la sua rappresentazione sarebbe data da 10 alla meno 35 secondi
L'inflazione sarebbe durata soltanto un'altra piccolissima frazione di secondo ovvero 10 alla meno 32 secondi
La scala dell'universo aumentò esponenzialmente in quel brevissimo arco di tempo. 
Inflazione significa che l'intero universo osservabile era una volta una piccolissima area. La massiccia inflazione della scala spazio-temporale avrebbe diluito gli effetti di curvatura, ed implica che aree, oggi ampiamente separate, sarebbero state causalmente collegate in quei primi istanti.

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