Coelum Astronomia 224- 2018 - Page 20

Coelum Astronomia

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Il più grande spettacolo

dopo il Big Bang

di Maura Sandri - Media INAF

Cosa sappiamo dell’evoluzione dell’universo immediatamente dopo il Big Bang? Nonostante le innumerevoli ricerche condotte nel corso di decenni, gli attuali modelli cosmologici non sono ancora in grado di delineare una cronologia precisa degli eventi. Un team di ricercatori della facoltà di fisica dell’Università di Varsavia ha sviluppato un nuovo modello nel quale l’espansione esponenziale della materia oscura e dell’energia oscura gioca un ruolo chiave. Il modello di inflazione oscura (dark inflation) riesce a organizzare la storia termica dell’universo in ordine cronologico e prevede che presto saremo in grado di rilevare le onde gravitazionali primordiali formatesi immediatamente dopo il Big Bang.

La prima struttura dell’universo che possiamo studiare oggi è la radiazione cosmica di fondo a microonde (CMB). Questa reliquia elettromagnetica risale a circa 380mila anni dopo il Big Bang ed è sorprendentemente omogenea, anche in regioni così distanti tra loro che la luce non avrebbe potuto coprire la distanza che le separa nel tempo che ha avuto a disposizione per farlo. Nel 1979, Alan Guth propose la teoria dell’inflazione come una semplice spiegazione di questa uniformità: le attuali grandi distanze tra regioni omogenee sono ora così grandi perché in un certo periodo, nel passato, ci fu un’espansione estremamente rapida dello spazio-tempo che ha ingrandito l’universo di un miliardo di miliardi di miliardi di volte in una frazione di secondo. Si dice che l’inflazione sia stata guidata da un ipotetico campo scalare e da particelle note come inflatoni.

«Il problema fondamentale dell’inflazione è che non sappiamo esattamente quando sia avvenuta e quali livelli di energia abbia coinvolto. La gamma di energie a cui potrebbe essere avvenuta l’inflazione è piuttosto ampia, estendendosi oltre 70 ordini di grandezza», spiega Zygmunt Lalak dell’Università di Varsavia. «L’inflazione è descritta come un periodo di espansione super-raffreddata. Tuttavia, affinché i modelli cosmologici siano coerenti, a seguito dell’inflazione l’universo dovrebbe aver subito un riscaldamento a una temperatura molto elevata, e non abbiamo idea di come o quando ciò potrebbe essersi verificato. Proprio come per l’inflazione, abbiamo a che fare con energie che potrebbero coprire 70 ordini di grandezza. Pertanto, la storia termica dell’universo deve ancora essere descritta».

Le misure della CMB effettuate dal satellite Planck hanno permesso di stimare la composizione dell’universo attuale. Dalle misure di Planck risulta che l’energia oscura comprende fino al 69 per cento di tutta l’energia/materia esistente, la materia oscura il 26 per cento e la materia ordinaria solo il 5 per cento. La materia oscura e la materia ordinaria non interagiscono affatto, o le loro interazioni sono così deboli che stiamo appena iniziando a notare l’impatto gravitazionale della materia oscura sul movimento delle stelle nelle galassie e delle galassie negli ammassi. L’energia oscura dovrebbe essere un fattore responsabile dell’espansione accelerata dell’universo.

«Il nostro modello di inflazione è significativamente diverso da quelli proposti in passato. Siamo partiti dal presupposto che se attualmente la materia oscura e l’energia oscura costituiscono fino al 95 per cento della struttura dell’universo, entrambe queste componenti devono essere state estremamente importanti anche nella fase immediatamente successiva al Big Bang. Ecco perché descriviamo il settore oscuro (dark sector) dell’universo come responsabile del processo di inflazione», spiega Michal Artymowski dell’Università di Varsavia, primo autore dell’articolo pubblicato su Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.