sabato 7 aprile 2018

ammassi galattici big bang galassie universo

cosa sono i vuoti cosmici?

Zone dell'universo dove inspiegabilmente manca la materia! Zone dell'universo che sfidano le attuali leggi cosmologiche e le teorie sul big bang. Cosa sono? dove sono? e come si sono formati?

I vuoti dell'universo sono zone in cui manca la materia. In queste zone il numero di galassie è molto inferiore alla norma o per lo meno a quanto ci si aspetterebbe guardando altrove. Un particolare degno di nota, e che i cosmologi non sono ancora riusciti a spiegare, è che le pochissime galassie presenti in questi vuoti hanno una forma tubolare e allungata.
Al di la del nome che potrebbe trarre in inganno, non sono quindi zone assolutamente prive di materia ma con una bassissima distribuzione di questa.
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Ovviamente su scale galattiche ed extra-galattiche una distribuzione estremamente bassa di materie e di galassie da luogo a grandi spazi vuoti, più grandi di quelli che ci sono tra una galassia e l'altra all'interno di un ammasso di galassie.
Avete presente i filamenti galattici che tengono assieme la tela cosmica formata da ammassi di galassie e super ammassi? i vuoti cosmici sono quelle zone tra i filamenti dove sembra non esserci nulla.
Abbiamo parlato approfonditamente qui delle ultime scoperte sui filamenti galattici


I Vuoti e i grandi vuoti dell'universo risultano essere estremamente bui ma anche estremamente freddi e i cosmologi hanno preso coscienza della loro esistenza osservando il cielo ai raggi infrarossi, capaci di mettere in risalto le zone dell'universo più calde e quelle più fredde.
In questo modo i cosmologi studiano il così detto CMB (fondo a microonde cosmico).
Il fondo a microonde cosmico è un'impronta delle radiazioni a microonde generatasi appena 379.000 anni dopo il Big Bang.
Questa impronta ci fa vedere com'era l'universo nella sua età primordiale, ed è la visione più antica che abbiamo dell'universo.

ma ora parliamo di un paio di vuoti enormi, chiamati super vuoti, e che lasciano ancora oggi i cosmologi senza risposte.
Il primo lo troviamo nella costellazione dell'eridano, scoperto nel 2004 analizzando la radiazione di fondo usando il telescopio spaziale WMAP della NASA.
E' una zona in cui la temperatura media si aggira appena sui 3 gradi sopra allo zero assoluto! Si trova a quasi 2 miliardi di anni luce dalla terra e al suo interno mancano all'appello circa 10.000 galassie, e quindi una equivalente quantità di materia. In termini percentuali troviamo circa il 30% in meno della materia che troveremmo mediamente in altre zone dell'universo con la stessa dimensione.
Anche se la teoria del Big Bang consente aree più fresche e più calde, la dimensione di questo vuoto però fatica ad adattarsi ai modelli previsti. In poche parole, è troppo grande per esistere, quindi i cosmologi stanno ancora cercando di spiegarne l'esistenza.
Questa zona è stata studiata non solo nello spettro dell'infrarosso ma anche sulla parte radio dello spettro. Lo studio radiofonico ha scoperto un numero insolitamente basso di sorgenti radio in tutta l'area del Vuoto, infatti le emissioni radio provenienti da questa zona sono del 45% inferiori alla media delle altre zone dell'universo.

Un altro esemplare di queste zone si trova nella costellazione del Boote.
Si trova a circa 700 milioni di anni luce dalla Terra e ha una forma sferica che i cosmologi hanno stimato avere un diametro di 250 milioni di anni luce: pensate, circa lo 0,27% del diametro dell'universo osservabile!
Al suo interno la materia è pochissima, in una sfera immaginaria larga 250 milioni di anni luce sono presenti all'incirca soltanto 60 galassie.
Per fare un paragone più comprensibile sarebbe come trovare 95 chilometri quadrati di città in una zona della terra più grande degli Stati Uniti (e stiamo parlando solo di due dimensioni).
Solo per fare un confronto, la nostra Via Lattea ha nel suo circondario circa 30 galassie in uno spazio di appena 3 milioni di anni luce.
Allo stesso modo il vuoto di Bootes dovrebbe contenere circa 10.000 galassie considerando che la distanza media tra le galassie altrove nell'Universo è di qualche milione di anni luce.
Se la Via Lattea si trovasse al centro di questo vuoto, non avremmo visto né scoperto altre galassie fino all'avvento dei più moderni telescopi!


Ma come si sono formati questi super vuoti cosmici?
I cosmologi hanno ancora le idee tuttaltro che chiare su come questi vuoti possano esistere, ed il motivo è molto semplice.
Le simulazioni computerizzate suggeriscono che vuoti più piccoli, molto più comuni nell'universo, siano causati dalle galassie che si avvicinano l'una all'altra a causa dell'attrazione gravitazionale. Questo fa sì che le regioni limitrofe si svuotino e, poiché il processo è auto-rinforzante, tende a formare vuoti sempre più grandi.

Per capire meglio questo concetto bisogna fare un salto indietro fino ai primordi del del tempo e dello spazio.
Subito dopo il Big Bang infatti, non c'erano stelle, galassie o ammassi di galassie. L'universo era solo un brodo di materia più o meno omogeneo. Non essendo perfettamente omogeneo quindi c'erano delle piccole fluttuazioni di densità: delle imperfezioni.
Dunque in alcuni punti la materia era più densa e in altri meno. Dove la materia era più densa, c'era anche più gravità, viceversa dove la materia era meno densa c'era meno gravità.
Nel tempo le zone più dense e con più gravità hanno iniziato ad agglomerarsi formando le proto-galassie.
Di fatto le zone dell'universo più ricche di materia sono cresciute su scale caratteristiche, determinate non solo dalla gravità, ma anche da altre proprietà dei gas che le costituivano.
Il risultato è che l'aggregazione si è manifestata su scale caratteristiche e ben precise. Le galassie hanno dimensioni tipiche. Gli ammassi di galassie hanno dimensioni tipiche e simili. I cosmologi hanno osservato una distribuzione statistica di tutto ciò, e questa distribuzione è stata confermata dai modelli di simulazione.
Ma proprio qui nascono i dubbi e le perplessità dei cosmologi perché tutto questo, però, non spiega l'esistenza di vuoti così enormi come quelli dell'Eridano e del Boote. Infatti secondo i cosmologi, da quando è nato l'universo, non c'è stato abbastanza tempo per la forza di gravità per "svuotare" quantità di spazio così grandi!

martedì 20 marzo 2018

big bang tempo universo
Il Big Bang, l'istante della creazione. Quell'istante che ha cambiato tutto. Un'istante, ma prima di questo instante?

Nel Big Bang, tutta la materia dell'universo si è espansa a partire da un granello di materia incredibilmente caldo e infinitamente denso: la singolarità.
Ma cosa è successo prima?
La risposta a questa domanda richiede una visione molto pragmatica dell'universo, ma secondo molti scienziati è allo stesso tempo molto semplice. Stephen Hawking ne ha parlato spesso attraverso la teoria conosciuta come "teoria dello stato senza confini".

Benissimo, quindi? Cosa c'era prima del Big Bang? Cosa c'era prima che ci fosse qualcosa? Cosa c'è più a nord del polo nord?
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ma la vera domanda che dovremmo porci è: che cosa c'era prima della nascita del tempo? perché ricordiamocelo: assieme al bing bang non sono nate solo "cose": spazio, atomi, materia, energia ecc ecc, ma anche il tempo: una dimensione trainante nell' universo, nel nostro universo.
Quindi chiedersi cosa ci fosse prima del Bing Bang vuol dire soprattuto chiedersi cosa ci fosse prima della nascita del tempo. Ecco perché lo stesso Hawking paragona questa domanda alla domanda "Cosa c'è più a nord del polo nord?"
Ma la sua teoria, "la teoria dello stato senza confini", ci spiega anche un altro concetto legato a questa domanda. Forse questo concetto è un pochino più complesso, ma con una similitudine è più semplice.
La "teoria dello stato senza confini" ci invita ad immaginare per un attimo di vedere al contrario l'espansione dell'universo.
Come sappiamo, l'universo è in continua espansione. Per cui mentre lo guardiamo riavvolgersi nel tempo e andare al contrario, lo vedremo contrarsi e comprimersi sempre di più.
Dopo circa 13,8 miliardi di anni l'intero universo si ridurrà alle dimensioni di un singolo atomo!
Questa sfera subatomica contenente tutto l'universo è conosciuta come "singolarità". Questo punto è estremamente massiccio, caldo, e contiene una energia altissima.
E' un oggetto in cui le leggi della fisica e del tempo cessano di funzionare. E questo, lo riconosciamo, non è semplice da accettare.
Quindi anche il tempo come lo conosciamo, e cioè come susseguirsi di eventi, non esisteva prima che l'universo iniziasse ad espandersi.
Il tempo, semplicemente, anche se molto semplice non è da comprendere, prima del Big Bang non esisteva. Non esiste quindi un "prima del Big Bang". Non esiste un più a nord del polo nord.
Questa è la risposta di Hawking alla storica domanda "Cosa c'era prima del Big Bang?".

E qui arriva il vero punto caldo della "teoria dello stato senza confini" di Stephen Hawking. Piuttosto che concentrarci sull'istante prima del Big Bang, dobbiamo riflettere sul fatto che la freccia del tempo si riduce all'infinito mentre l'universo diventa sempre più piccolo.
Questo ce lo insegna in maniera indiretta la teoria della relatività di Albert Einstein: Più ci troviamo vicini ad un oggetto di grande massa, e più il nostro tempo rallenta. Più massiccia è la massa di questo oggetto, e più il tempo rallenterà.
Quindi in presenza della singolarità contenente tutto il nostro universo riavvolto, il tempo rallenterà in maniera infinita, senza mai raggiungere un chiaro punto di partenza.
E' probabile che durante il nostro esperimento non riusciremo mai ad arrivare alla situazione zero, semplicemente perché il tempo sarebbe infinitamente lento, "non avrebbe limiti" appunto.

Concetti difficili, ma Hawking con parole semplici ci ha detto che prima del Big Bang il tempo si è avvicinato sempre più ad essere un nulla senza mai riuscire raggiungerlo.

Forse il Big Bang è stato un evento finale di un altro tempo, di un altro universo. Forse la materia che conosciamo è il risultato della trasformazione della materia che esisteva in questo altro universo prima del Big Bang.
Appare logico pensare che, se il nostro universo come lo conosciamo non esisteva prima del Big Bang, così anche il tempo, come lo conosciamo che lo governa non esisteva.
Nei prossimi approfondimenti esploreremo altre teorie altrettanto valide sul pre Big Bang, ma sicuramente parlando di questo tema è fondamentale dare dare molto peso alle parole "come lo conosciamo".