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A cura di Massimo Pirastu
L'origine dell'universo
Secondo le teorie cosmologiche di Andrej Linde e di Alan Guth, il nostro Universo non è altro che una piccola bolla fra le tantissime che si sono sviluppate in un mezzo saturo di energia, come avviene per l'acqua di una pentola che va in ebollizione. Un Universo di questo tipo oggi dovrebbe essere perfettamente piatto come la superficie di uno stagno. I risultati di una ricerca sperimentale pubblicata il 27 aprile 2000 confermano che il nostro Universo è piatto e si espanderà per sempre.
Oggi l’Universo è pieno di Galassie e di ammassi di galassie, ma 12 miliardi di anni fa, quando avvenne il grande scoppio, il big bang da cui tutto ebbe origine, l’Universo era straordinariamente omogeneo, caldo e denso. L’intenso calore che riempiva questo embrione di Universo può essere ancora osservato sotto forma di una debole radiazione fatta di microonde visibile in tutte le direzioni dello spazio. Questa radiazione è conosciuta con il nome di radiazione cosmica di fondo. Sin da quando questa radiazione fu scoperta, nel lontano 1965, gli scienziati hanno fatto di tutto per ottenerne immagini dalle quali se ne potessero studiare i dettagli. La prima prova della presenza di strutture in queste immagini (le strutture da cui si sono originate le galassie) è stata trovata nel 1991 dal satellite della NASA COBE (COsmic Background Explorer). Il problema era che queste strutture, pur sicuramente esistenti, erano indistinte e poco dettagliate, così poco dettagliate da non poter dare alcuna informazione sulla forma dell’Universo e tanto meno sul suo destino ultimo.
Alla fine di aprile, finalmente, un gruppo internazionale di scienziati ha pubblicato sulla rivista scientifica "Nature" i risultati di una ricerca sulla natura e sull’origine dell’Universo in cui viviamo, basata appunto sull’osservazione della radiazione cosmica di fondo. In particolare, il gruppo, guidato dal cosmologo italiano Paolo de Bernardis, è riuscito a tracciare una mappa dettagliata dell’Universo bambino, una vera e propria fotografia, ripresa quando il cosmo aveva circa 100.000 anni, un età che rappresenta appena un istante a partire dalla sua creazione. Espansione senza fine
Il progetto gestito dal gruppo denominato BOOMERANG, Balloon Observation of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics, ha consentito di ottenere le immagini dell’Universo primigenio per mezzo di un telescopio estremamente sensibile alle microonde. Il telescopio, pesante due tonnellate, è stato trasportato a bordo di un pallone stratosferico che alla fine del 1998 ha circumnavigato l’Antartide all’altezza di 37 km per 10 giorni e mezzo. Le immagini ottenute, basate sulla radiazione cosmica di fondo (Cosmic Microwave Background) registrata dal telescopio con una definizione mai ottenuta in precedenza rivelano centinaia di regioni dalla forma molto complessa. Queste sono rese in falsi colori che codificano variazioni della temperatura della radiazione cosmica di fondo dell’ordine di appena qualche decina di miliardesimi di gradi Celsius.
Osservando le caratteristiche macchie fredde e calde delle immagini raccolte da BOOMERANG è stato così possibile determinare la geometria dello spazio stesso in cui viviamo: il nostro è proprio un Universo piatto, cioè un Universo che obbedisce alla geometria di Euclide studiata nei banchi di scuola. Le possibilità alternative erano che l’Universo fosse curvo. Una curvatura a forma di sfera avrebbe implicato un Universo chiuso in cui all’attuale fase di espansione sarebbe seguita una fase di collasso. Una curvatura a forma di sella (curvatura iperbolica) avrebbe invece implicato un Universo aperto e un’espansione senza fine. L’Universo piatto fotografato da BOOMERANG è in perfetto accordo con la teoria dell’inflazione elaborata da Alan Guth e da Andrej Linde. Secondo questa teoria, un istante dopo il big bang da cui ebbe origine l’Universo, si ebbe un brevissimo periodo di violenta espansione con una crescita esponenziale delle dimensioni che appiattì completamente la struttura spaziale dell’Universo. Anche un Universo piatto, come quello teorizzato da Linde e verificato da de Bernardis implica che il nostro Universo sia aperto e che si espanderà senza fine.
La geometria dell’Universo si può infatti determinare osservando le dimensioni caratteristiche delle macchie calde e fredde ottenute con il telescopio della collaborazione BOOMERANG. Se l’Universo fosse curvo come la superficie di una sfera, il piegamento della luce per effetto della distorsione dello spazio dovrebbe portare a macchie calde e fredde molto più ravvicinate di quanto siano in realtà. Se invece l’Universo fosse aperto e la sua forma fosse simile a quella di una sella, le macchie dovrebbero apparire più allargate e distanziate di quanto siano nella realtà. In base alle teorie cosmologiche dell’inflazione il nostro Universo ha invece una struttura corrispondente alla geometria euclidea (Universo piatto): l’immagine dovrebbe essere allora dominata da macchie calde e fredde con dimensioni di circa un grado, esattamente come appare dalle foto della radiazione cosmica di fondo ottenute dalla collaborazione BOOMERANG. Dunque il nostro Universo è aperto e piatto e si espanderà per sempre e si raffredderà sempre più sino a che, fra miliardi di miliardi di miliardi di anni non esisterà neanche una frazione di energia o di materia da utilizzare. Che sarà allora dell’uomo o del figlio dell’uomo? Sarà in grado di trasmigrare in altri universi o di creare esso stesso materia ed energia? Un universo euclideo
Per conoscere ancor meglio la struttura dell’Universo e il suo destino ultimo sono in progetto due nuove esperienze cruciali, una, denominata MAP, della NASA, l’ente spaziale americano, e una denominata PLANCK, dell’ESA, l’ente spaziale europeo.
Il fondo cosmico a microonde nel cielo sopra il Monte Erebus, nell’Antartide, riprodotto in colori codificati. Nel fotomontaggio il fondo cosmico a microonde fa da sfondo alla foto dei preparativi per il lancio di BOOMERANG. Le dimensioni relative rappresentano come apparirebbe il cielo se fosse possibile riprendere il fondo a microonde con una normale macchina fotografica reflex da 35 mm. (Boomerang Collaboration).
Un’immagine dell’Universo primordiale ottenuta dalle riprese del telescopio di BOOMERANG effettuate in un periodo di 10,5 giorni tra il dicembre del 1998 e il gennaio del 1999. Le enormi strutture invisibili a occhio nudo o con telescopi ottici, diventano osservabili con telescopi sensibili alle lunghezze d’onda millimetriche. Questa è solo una parte di un’immagine più grande che copre circa 1800 gradi quadrati del cielo australe. Nell’angolo in basso a destra sono riportate le dimensioni con le quali ci apparirebbe la Luna se fosse ripresa alla stessa scala. La scala orizzontale in alto riporta le corrispondenze tra i colori con i quali sono rese le strutture primordiali e le differenze di temperatura (in microkelvin) registrate dal telescopio nelle zone corrispondenti. (Boomerang Collaboration).
Osservando le dimensioni caratteristiche delle macchie calde e fredde ottenute con il telescopio di BOOMERANG si può determinare la geometria dell’Universo. Le teorie cosmologiche prevedono che se il nostro Universo avesse una geometria euclidea (Universo piatto) l’immagine dovrebbe essere dominata da macchie calde e fredde con dimensioni di circa un grado (in basso al centro). Se invece la geometria dello spazio fosse curva, il piegamento del cammino della luce nel percorrere lo spazio distorcerebbe le immagini. Se l’Universo fosse chiuso (Universo sferico), le traiettorie parallele sembrerebbero convergere e le immagini delle macchie sembrerebbero ingrandite per effetto di questa curvatura, cosicché le strutture avrebbero nel cielo dimensioni superiori a un grado (in basso a sinistra). Al contrario, se l’Universo fosse aperto, le linee parallele divergerebbero e le strutture riprodotte nell’immagine sembrerebbero più piccole (in basso a destra). Il confronto con l’immagine ottenuta con il progetto BOOMERANG dimostra che l’Universo è realmente piatto. In fin dei conti viviamo in un Universo euclideo. (Boomerang Collaboration).
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