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Un nuovo studio per spiegare l’energia del Big Bang

Scritto da Annalisa Arci il 09.08.2013

Per comprendere i misteri del nostro universo gli scienziati stanno cercando di  capire la natura del Big Bang e le caratteristiche dell’universo nei suoi primi istanti di vita. Novità in merito arrivano da un nuovo studio intitolato New Constraints on the Early Expansion History of the Universe, pubblicato sulla rivista Physical Review Letters. Attraverso un’analisi della radiazione cosmica di fondo (CMB), i ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) sono riusciti a comprendere meglio le caratteristiche dell’universo in un periodo compreso tra 100 e 300.000 anni dopo il Big Bang. 

“Abbiamo scoperto che l’immagine standard di un universo primordiale, in cui il dominio della radiazione è stato seguito dal periodo della ricombinazione, non è così scontata. Ora possiamo testare questo periodo con i nuovi dati, e ci sono indizi del fatto che l’apporto delle radiazioni alla formazione della materia sia un po’ diverso del previsto. Sembra che ci sia un eccesso di radiazione che non è dovuta ai fotoni della CMB”, ha spiegato Eric Linder, fisico teorico del Berkeley Lab e membro del Supernova Cosmology Project.

The microwave sky as seen by Planck. Mottled structure of the CMB, the oldest light in the universe is displayed in the high-latitude regions of the map. The central band is the plane of our Galaxy. (Courtesy of European Space Agency)

La radiazione cosmica di fondo vista da Planck. (Crediti:European Space Agency).

Il periodo della ricombinazione si fa risalire a circa 380 mila anni dal Big Bang. Corrisponde al periodo in cui sono emersi i primi atomi d’idrogeno dal brodo d’elettroni e protoni, rendendo l’universo visibile, visto che era finalmente diventato trasparente alla radiazione elettromagnetica. La nostra conoscenza del Big Bang e della precoce formazione dell’universo deriva quasi interamente da misure della CMB, dei fotoni primordiali liberati quando l’universo era abbastanza freddo per consentire una separazione tra particelle di radiazione e particelle di materia. Queste misurazioni rilevano l’influenza della  CMB sulla crescita e sullo sviluppo della struttura su larga scala che vediamo nell’universo di oggi. Ma ovviamente non tutto è chiaro. Cosa è accaduto prima della ricombinazione?

Eric Linder, Alireza Hojjati e Johan Samsing del Berkeley Lab hanno studiato i dati raccolti dalle sonde cosmologiche Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) della NASA e di Planck dell’ESA: “con i dati di Planck e WMAP stiamo davvero spingendo indietro la frontiera temporale per guardare più indietro nella storia dell’universo, soprattutto alle regioni di fisica delle alte energie a cui prima non potevano accedere. E se la nostra analisi mostra che ai fotoni della CMB è seguita, come previsto, principalmente la materia oscura, emerge anche un’anomalia che sembra suggerire l’esistenza di particelle relativistiche al di là della CMB”, spiega Eric Linder. 

Dal Big Bang a oggi, l'Universo minuto per minuto. Crediti: ESA - C. Carreau

La timeline dell’Universo dal Big Bang in poi. (Crediti: ESA – C. Carreau).

Lo studioso elenca anche quali possano essere i candidati migliori a ricoprire il ruolo di particelle relativistiche non coincidenti con la CMB. Si pensa ai neutrini selvaggi – chiamati così per differenziarli dai neutrini di cui fino ad oggi si ha una qualche conoscenza – oppure una forma primordiale di energia oscura, la forza anti-gravitazionale che accelera l’espansione del nostro universo. “All’inizio l’energia oscura si è utilizzata per spiegare l’origine dell’accelerazione cosmica che si ipotizza anche in alcuni modelli di fisica delle alte energie. Mentre l’energia oscura tradizionale, come ad esempio la costante cosmologica, vengono entrambe diluite dopo la ricombinazione, secondo alcune ipotesi che ammettono un’altra forma di energia oscura l’apporto necessario di energia per lo sviluppo dell’universo sarebbe maggiore da 1 a 10 milioni di volte rispetto alle stime attuali”, conclude Eric Linder. 

L’articolo conferma il contributo addizionale di energia rispetto al modello standard in un intervallo compreso fra i 30 mila e i 380 mila anni dopo il Big Bang. Per ora non si è ancora sicuri di quale sia il candidato migliore per spiegare questo eccesso di energia. Ciò non toglie che i risultati dell’articolo, essendo consistenti con alcuni modelli teorici attuali, riescono per la prima volta a gettare un po’ di luce nella storia dell’universo fino ad appena cento anni dopo il Big Bang. 

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