6/02/15

Una gestazione più lunga **

Questo articolo è stato inserito nella sezione d'archivio "Radiazioni di fondo: quante sono?"

Il satellite Planck non distrugge soltanto teorie (come appena raccontato), ma favorisce indirettamente le future osservazioni spostando in avanti l’accensione delle prime stelle. Uno spostamento di un centinaio di milioni di anni sembrerebbe poca cosa, ma può, invece, essere importantissimo per i telescopi di nuova generazione. Ancora una volta l’informazione deriva dalla QED, ossia dall’interazione tra fotoni ed elettroni. Sono particelle che amano lasciare un segno piuttosto chiaro delle loro avventure e i telescopi non si fanno scappare queste “indiscrezioni”.

La raffinatezza delle osservazioni di Planck ha dato un brutto colpo alle speranze di individuare nel rumore cosmico di fondo i flebili segnali delle onde gravitazionali primigenie (NEWS! Rilevate le onde gravitazionali generate dalla fusione di due buchi neri). Ci saranno senz’altro, ma l’inflazione non le ha amplificate a sufficienza per superare il rumore che le avvolge. Un vero peccato e bisogna attendere strumenti ancora più sofisticati.

Nel frattempo, però, Planck ha stabilito altre regole che vanno contro le idee correnti delle fasi precedenti e antecedenti la fase oscura dell’Universo, quella in cui le prime stelle e galassie erano in gestazione. In altre parole, la gravidanza stellare è durata di più… Una notizia, questa, che può far piacere dato che sposta verso di noi il momento delle prime nascite e le rende più “facilmente” osservabili, soprattutto con i telescopi di futura generazione. Assistere al primo parto stellare è un’emozione che sarebbe stato un vero peccato perdersi per colpa della nebbia…

Approfittiamo dei nuovi dati di Planck per fare una breve storia di questa fase così importante e decisiva dell’Universo. Gli attori principali sono sempre e soltanto loro: fotoni ed elettroni, incapaci, per nostra fortuna, di non stuzzicarsi a vicenda e di non mandare segnali di questa loro continua interazione (perfettamente descritta da Feynman nella QED).

La storia dell’Universo
La storia dell’Universo

Sono passati solo pochi secondi dalla nascita dell’Universo, qualsiasi sia stata la “scintilla” iniziale. Vi è già stata l’inflazione e la materia si è divisa dall’energia e in particolare dalla “luce”. Può iniziare la pacifica battaglia tra elettroni e fotoni. Purtroppo, benché il Cosmo si sia già espanso di molto, lo spazio a disposizione è molto piccolo per tutte quelle particelle che si sono formate e che si agitano in modo impressionante (la temperatura è altissima). I fotoni colpiscono gli elettroni e questi colpiscono i fotoni a un ritmo mostruoso. Il troppo stroppia. In quel caos niente può mantenere il ricordo di ciò che ha appena fatto, dato che avviene immediatamente un nuovo incontro. Inoltre ogni strada per uscire è preclusa. L’Universo è qualcosa di simile al “miele” e niente riesce a “sganciarsi” da quella materia così densa. Forse solo i neutrini e si spera di poterli, un giorno o l’altro, riconoscere e studiare.

Finalmente, il miele diventa molto meno denso e si creano spazi in cui i fotoni possono intrufolarsi e uscire allo scoperto. E’ il momento in cui anche gli elettroni riescono ad accasarsi attorno ai nuclei atomici. Un momento di calma che permette alla luce di iniziare il viaggio verso di noi. Sono fotoni che hanno sicuramente subito scontri molto frequenti con i loro amici-nemici e che si portano dietro i segni dell’ultima battaglia, come fossero medaglie al valore. Questi segni li possiamo chiamare polarizzazione, ossia i fotoni, nella loro apparenza di onde, vibrano secondo piani prestabiliti.

E’ il momento magico della radiazione cosmica di fondo, quella che Planck riesce a leggere e a studiare (perché riusciamo a studiarla? E’ solo un caso fortunato o no? La risposta la trovate QUI). In realtà, vede anche le fluttuazioni di temperatura che indicano chiaramente i semi di materia che porteranno alle stelle e alle galassie. E’ una vibrazione tenue e appena percettibile, ma che permette di “vedere” e studiare quel momento così prezioso. Di vederlo e anche di datarlo attraverso misure estremamente accurate. Addirittura si può anche valutare il tasso di espansione dello spazio che quei fotoni, con il loro pacchetto di memoria, hanno attraversato prima di giungere fino a noi (come uno di essi, che ci ha raggiunto dopo 7,5 miliardi di anni, ci ha raccontato)

La mappa di polarizzazione di Planck. Credit: Copyright ESA and the Planck Collaboration
La mappa di polarizzazione di Planck. Credit: Copyright ESA and the Planck Collaboration

Inizia la fase dello spegnimento della luce: i fotoni nati negli ultimi attimi di interazione con gli elettroni si esauriscono, ma la materia è ancora inerte e non riesce a liberare i suoi elettroni e farli nuovamente giocare tra di loro e creare i loro amici fotoni. E’ un momento di stasi, di buio, di attesa. Poi le stelle si accendono, si creano nuovi fotoni e gli scontri tra loro e gli elettroni riprendono. Non sono più così frequenti come nelle fasi precedenti, ma più che sufficienti a segnare con la polarizzazione i fotoni che si lanciano verso il futuro in un Universo che sta cambiando completamente veste e aspetto.

La nebbia sparisce e le stelle e le galassie dominano la scena in un Cosmo completamente trasparente. Siamo intorno ai 900 milioni di anni dopo l’inizio di tutto. Il rumore cosmico di fondo si riferisce, invece, come ben sappiamo, a 380 000 anni dopo il Big Bang.

Un intervallo non certo trascurabile, dove i semi diventano corpi celesti, le fluttuazioni di temperatura si trasformano in ammassi di gas autosufficienti a creare energia. Un periodo, però, che rimane alquanto misterioso, in attesa di poterlo leggere nella riga a 21 cm dell’idrogeno (ne abbiamo parlato QUI e QUI). Un periodo che ha bisogno di una tempistica perfetta.

I dati ottenuti finora farebbero pensare a un inizio della fase di nuovo illuminamento (reionizzazione) intorno ai 450 milioni di anni. In realtà le osservazioni più “profonde” potrebbero far pensare a galassie in via di formazione già a partire da 300 - 400 milioni di anni dopo il Big Bang (NEWS!! Hubble osserva una galassia in piena fase oscura, a circa 400 milioni di anni dopo il Big Bang). Galassie già nate, ma non certo abbastanza "adulte" da far nascere stelle in grado di innescare la reionizzazione. Per accettare questa data di inizio le stelle non basterebbero e ci vorrebbe una sorgente energetica alternativa e misteriosa.

Mamma mia, vi sono già troppe “cose” oscure nel Cosmo e questa non ci voleva proprio. L’ideale sarebbe dare più tempo alle prime galassie per accendere le loro prime luci, in modo da acquistare potenza e poter veramente inondare il cosmo di fotoni capaci di illuminarlo. Insomma, le prime stelle dovrebbero nascere almeno cento milioni di anni più tardi. Una differenza piccola (apparentemente), ma cruciale, perché se la reionizzazione ha avuto inizio più tardi, allora è plausibile che a provocarla siano state sufficienti le prime stelle senza far ricorso a nuove fonti energetiche di cui non si ha conoscenza.

Planck, studiando la polarizzazione dei fotoni legati alla reionizzazione, ha confermato questo spostamento in avanti. Un grande aiuto perché 100 milioni di anni in meno da percorrere possono essere fondamentale per i ricevitori di nuova generazione.

Assistere ai primi parti stellari è diventato più facile…

In attesa di assistere al primo parto stellare, godiamoci la scoperta di una stella nata 13 miliardi di anni fa e delle sue gigantesche mamme (QUI), oltre a quella delle galassie “pisello verde” che, forse, hanno liberato l’Universo dalla nebbia della fase oscura, consentendoci di osservarlo.

7 commenti

  1. peppe

    è sempre affascinante sapere l'origine di tutto.
    ma l'istante zero si coglierà mai? è impossibile coglierlo? in cosa consisterebbe?
    se l'universo è nato, qualcosa che lo ha fatto nascere ci doveva essere prima..cose questo prima? tante domande affascinanti ma senza risposta...
    non ricordo dove l'ho visto ma si affermava che i buchi neri possono dare origine a universi interi, cioè quando un buco nero si origina in realtà crea dall'altra parte un universo intero. chiedo lumi su questo dato che non ricordo la fonte.

  2. caro Peppe,
    l'origine di tutto potrebbe non essere una vera origine... Il vuoto-non vuoto quantistico potrebbe sempre essere esistito e quando una fluttuazione dura in modo "anomalo" subisce una dilatazione (inflazione) che dà origine a un Universo. Semplice no??!! :roll:
    D'altra parte la MQ dice proprio che se esiste una possibilità che succeda qualcosa (nascita di un Universo) questa esiste realmente. Gira e rigira tutto si può spiegare con il principio di Heisenberg. Avevo cominciato a discuterne un po' scientificamente e un po' filosoficamente, ma poi gli eventi mi hanno costretto a fermarmi. Tuttavia, quanto prima vorrei riprenderlo...

  3. dario

    Tutto è nato da un' infinitesimale imperfezione del nulla. Da un non-nulla. E si è potuto evolvere grazie ad altre imperfezioni ed asimmetrie.
    Insomma, sembra che la tanto agognata perfezione non sia poi sta gran cosa....

  4. Alvermag

    "D’altra parte la MQ dice proprio che se esiste una possibilità che succeda qualcosa (nascita di un Universo) questa esiste realmente".

    Non potremmo considerare l'Universo (qualunque Universo) come la riduzione del pacchetto di un'onda di probabilità che assegna una possibilità non nulla a qualsiasi stato, compresi quelli meno probabili?
    Gli stati più probabili si realizzano più facilmente ma, ogni tanto, si possono produrre fenomeni inaspettati (vedi l'effetto tunnel) perchè decisamente improbabili.

    Certo l'approccio cosmogonico di Enzo è affascinante e risolve parecchi problemi che nascono dal voler rendere sensato ciò che forse non lo è: come spesso dice il buon Enzo la MQ si studia, ma in quanto a capirla .....

    Mah, certo che le limitazioni mentali che la natura ha imposto ai nostri neuroni ed all'organizzazione generale del cervello, nel pieno rispetto del principio di economia, ci rendono la vita speculativa assai complicata.
    Forse però, nonostante tutto, in un barlume di nebulosa consapevolezza, riusciamo ad intravedere velatamente ed in modo fuggevole, il grande disegno del cosmo; ohè, scrivo disegno perchè poeticamente evocativo ma ... sapete come la penso!

    Accidenti, ma perchè non abbiamo una mente quantistica? Certo si creerebbe una bella confusione ... avremmo in testa contemporaneamente tutte le possibilità di un dato evento .... ciascuna con una intensità proporzionale alla sua probabilità.

    E se la mente, oltre ad essere quantitstica, fosse anche relativistica? Bene, avremmo in testa contemporaneamente anche il passato, il presente ed il futuro visto che questa suddivisione è del tutto arbitraria (almeno sotto certe condizioni).

    mmmh, vuoi vedere che la natura ha fatto le cose per bene una volta di più?

  5. e sì Alvy... quando capiremo veramente il linguaggio del cervello? E ne avremo il tempo?

  6. Giani

    Io rimango attaccato a due principii:
    Primo:dal niente non nasce niente è più logica l'eternità.
    Secondo :Nell'universo tutto è uguale all'universo e tutto in un ambito evolutivo ,nasce o è conseguenza di qualcosa,compreso l'Universo.Se un evento sembra anticipare un altro temporalmente,dipende probabilmente dal moto delle piattaforme/matriosche nello spazio,che continuano a produrre attraverso la complessità quello che la MQ fa nella semplicità(si fa per dire).Un enorme produzione di eventi ,la maggior parte a "perdere" per assicurarsi un seguito,ma verso dove?Anche Dio,o quello che lo rappresenta mi sembra ci sia dentro fino al collo senza possibilità di uscita.

  7. Beh... Giani... e se l'Universo ci fosse sempre stato come vuoto quantico? Quello "nostro" sarebbe solo una bolla dilatatasi un po' troppo e che prima o poi tornerà ... a casa.

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