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Universo: confermata la la sua età di 13,8 miliardi di anni

Universo: confermatala sua età di 13,8 miliardi di anni

Le analisi dell’Atacama Cosmology Telescope confermano le previsioni il modello cosmologico standard dell’universo e le rilevazioni del satellite Plank dell’Esa: l’Universo esiste da 13,8 miliardi di anni.

Quanto è vecchio il nostro Universo? La risposta del modello cosmologico standard è che tutto ha avuto inizio 13,8 miliardi di anni fa con il Big Bang. Ma negli ultimi anni diverse ricerche hanno suggerito che in realtà l’Universo potrebbe essere ben più giovane di così, perché sarebbe in espansione ad una velocità più alta di quanto ritenuto in precedenza, e questo ovviamente modificherebbe le stime sulla sua età.

Le recenti analisi dell’Atacama Cosmology Telescope potrebbero mettere la parola fine alla discussione, visto che, come descritto in tre paper in attesa di pubblicazione, confermano quasi perfettamente le previsione del modello standard.

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Questa rappresentazione artistica di SPT2349-56 mostra un gruppo di galassie interagenti e sul punto di fondersi nell’Universo primordiale. Sono stati identificati dai telescopi ALMA e APEX e rappresentano la formazione di ammassi di galassie, le strutture più massicce nell’Universo moderno. Gli astronomi ritenevano che questo tipo di eventi iniziasse solo circa tre miliardi di anni dopo il Big Bang, perciò sono rimasti molto sorpresi nel constatare che le nuove osservazioni mostravano che invece avvengono quando l’Universo è più giovane, circa la metà del previsto! Crediti: ESO/M. Kornmesser

L’Atacama Cosmology Telescope è un telescopio di sei metri costruito nell’omonimo deserto messicano da una collaborazione scientifica internazionale, con uno scopo molto preciso: studiare la radiazione cosmica di fondo.

Ovvero la radiazione elettromagnetica che permea l’Universo, considerata ciò che resta della prima luce apparsa dopo il Big Bang, quando (circa 380mila anni dopo la nascita dell’Universo) protoni ed elettroni hanno iniziato ad unirsi per formare i primi atomi. Una fonte di informazioni preziose per gli astrofisici, che può fornire indizi sulla nascita, sulla natura, e sulla fine del nostro Universo.

Quello che stiamo facendo è restaurare le foto dell’infanzia dell’Universo alle loro condizioni originarie, eliminando il logorio del tempo e dello spazio che ha distorto queste immagini”, spiega Neelima Sehgal, astrofisico della Stony Brook University. “Solo osservando le più accurate foto d’infanzia dell’Universo possiamo scoprire con precisione come è nato”.

Non solo come, ovviamente, ma anche quando. Le osservazioni di Sehgal e del suo team hanno permesso infatti di calcolare con precisione l’età dell’Universo, ottenendo un risultato in linea con quello previsto dal modello standard, e con i dati raccolti dal satellite Plank dell’Esa, anche questo dedicato allo studio della radiazione cosmica di fondo.

Ora sappiamo che Plank e l’Atacama Cosmology Telescope hanno ottenuto lo stesso risultato”, sottolinea Simone Aiola, ricercatore del Flatiron Institute’s Center for Computational Astrophysics di New York City e primo autore di uno dei nuovi studi. “E questo ci dice che queste difficilissime misurazioni danno risultati affidabili”.

Le analisi che suggeriscono un’età più giovane per l’Universo, a differenza di quelle dell’Atacama Cosmology Telescope si basano sull’osservazione dei movimenti delle galassie, e in particolare sul calcolo della velocità di espansione dell’Universo, o meglio della costante di Hubble, un valore che mette in relazione velocità con cui le galassie si allontanano e la distanza a cui si trovano.

Conoscendo la costante di Hubble, è possibile stabilire da quanto tempo l’Universo ha iniziato ad espandersi, e quindi risalire alla sua età. Le ricerche effettuate studiando i movimenti delle galassie hanno identificato un valore per la costante di Hubble superiore ai 74 chilometri al secondo per megaparsec (la costante esprime una velocità divisa per una distanza). Un valore che renderebbe l’Universo ben più giovane di quanto ipotizzato dal modello standard.

Secondo i calcoli dell’Atacama Cosmology Telescope la costante di Hubble sarebbe pari invece a 67,6 chilometri al secondo per megaparsec. Un valore in linea con i 13,8 miliardi di anni ipotizzato dal modello standard, e soprattutto, pressoché identico a quello stimato dal satellite Plank, pari a 67,4chilometri al secondo per megaparsec. E anche in questo caso, la somiglianza tra i due risultati è un motivo in più per ritenerli affidabile.

Spiegazione

Il modello Lambda-CDM descrive l’evoluzione dell’Universo da uno stato primordiale denso, caldo e uniforme a quello presente lungo una fascia di 13,8 miliardi di anni di tempo cosmologico; questo modello è ben noto e compreso teoricamente e fortemente supportato da recenti osservazioni astronomiche ad alta precisione come quelle del WMAP.

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L’età dell’Universo può essere determinata misurando la costante di Hubble oggi ed estrapolando indietro nel tempo i valori osservati dei parametri di densità (Ω). Prima della scoperta dell’energia oscura, si credeva che l’Universo fosse dominato dalla materia, così Ω in questo grafo corrisponde a . Nota che l’Universo in accelerazione ha l’età più avanzata, mentre l’Universo Big Crunch possiede l’età inferiore.

Al contrario, le teorie sull’origine dello stato primordiale restano solo allo stato speculativo. La teoria dominante, quella dell’inflazione cosmica, come il recente scenario ekpirotico, suggerisce che il cosmo originato dal Big Bang che noi osserviamo potrebbe essere parte di un universo più grande con proprietà fisiche completamente diverse e con una storia che si estende sicuramente prima di 13,8 miliardi di anni. Come verificare queste idee tuttavia non è certo chiaro, né semplice.

Se si estrapola il modello lambda-CDM all’indietro rispetto al primissimo stato conosciuto, questo raggiungerebbe istantaneamente (in una piccola frazione di secondo), un valore infinito fisicamente non trattabile, perché non misurabile, un valore che in matematica prende il nome di singolarità. Questa singolarità, pur essendo l’inizio della realtà, ne resta esterna.

È però utile per “tarare” il tempo successivo al Big Bang, la storia del nostro universo. Ad esempio, “10−6 secondi dopo il Big Bang” è un’era ben definita nell’evoluzione dell’Universo; in questo modo ha senso dire che la stessa era equivale a “13,8 miliardi di anni meno 10−6 secondi fa”, ma questa stima non è applicabile da quando l’ultimo intervallo di tempo passa dall’incertezza del precedente.

Sebbene l’Universo possa avere in teoria una storia più lunga, i cosmologi attualmente usano dire “età dell’Universo” per riferirsi alla durata dell’espansione lambda-CDM, equivalente al tempo trascorso dal Big Bang.

L’età basata sul WMAP

Il progetto Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) della NASA ritiene che l’età dell’universo sia di:

(13,72 ± 0,12) × 109 anni.

Quindi, l’universo ha un’età di circa 13,72 miliardi di anni, con un margine di incertezza di 120 milioni di anni. Comunque questa età è basata sull’ipotesi che il modello sottostante del progetto sia corretto; altri metodi di stima dell’età dell’universo potrebbero dare differenti età.

Considerando, per esempio, un ambiente iniziale con un numero extra di particelle relativistiche, si possono allargare i margini di errore del vincolo di WMAP di un ordine di magnitudine. Questa misura è fatta usando la posizione del primo picco acustico nello spettro di energia della radiazione cosmica di fondo per determinare la grandezza della superficie di decuplicazione (la taglia dell’universo al momento della ricombinazione).

Il tempo di viaggio della luce verso questa superficie (dipendente dalla geometria usata) conduce ad una verificabile età dell’universo. Assumendo la validità dei modelli usati per determinare questa età, la precisione residua conduca a un margine di errore vicino all’uno per cento. Questo è il valore maggiormente stimato dagli astronomi.

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. ^ Missione Planck, su ansa.it. URL consultato il 15 ottobre 2013.
  2. Five-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Data Processing, Sky Maps, and Basic Results (PDF), 
  3.  Francesco de Bernardis, A. Melchiorri, L. Verde e R. Jimenez, The Cosmic Neutrino Background and the age of the Universe (PDF)[collegamento interrotto]URL consultato il 20 aprile 2009.
  4. D. N. Spergel et al.First-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Determination of Cosmological Parameters, in The Astrophysical Journal Supplement Series, vol. 148, 2003, pp. 175—194, DOI:10.1086/377226.
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