Un gruppo di astrofisici ritiene che in un prossimo futuro potremmo essere in grado di costruire rilevatori che smentiscono l’attuale teoria sulla nascita del cosmo, che prevede la cosiddetta inflazione.

 

 

Le ipotesi su come si sia formato l’universo più accreditate prevedono che, una frazione infinitesima di tempo dopo il Big Bang, precisamente cento milionesimi di miliardi di miliardi di miliardi di secondi, lo spazio-tempo si sia espanso repentinamente (per usare un efemismo) circa mille miliardi di miliardi di miliardi di volte in un millessimo di miliardo di miliardo di miliardo di secondo.

Questa teoria, nota come inflazione cosmica, spiegherebbe, tra l’altro, come porzioni di cosmo oggi distanti decine di miliardi di anni luce all’inizio fossero tutte in contatto tra loro.

Gli astrofisici dell’Università di Cambridge, dell’Università di Trento e dell’Università di Harvard, affermano che esiste un segnale chiaro e inequivocabile nel cosmo che potrebbe eliminare l’inflazione dal processo di formazione dell’universo.

Il loro articolo, pubblicato su The Astrophysical Journal Letters , sostiene che questo segnale – noto come gravitone cosmico di fondo (CGB) – può essere effettivamente rilevato, sebbene sarà una grande sfida tecnica e scientifica.

“L’inflazione è stata teorizzata per spiegare varie sfide di perfezionamento del cosiddetto modello di Big Bang caldo”, ha dichiarato il primo autore del documento Dr Sunny Vagnozzi, del Kavli Institute for Cosmology di Cambridge, e chi è ora con sede presso l’Università di Trento. “Spiega anche l’origine della struttura nel nostro universo a seguito di fluttuazioni quantistiche.

Alcuni scienziati hanno sollevato preoccupazioni sull’inflazione cosmica nel 2013, quando il satellite Planck ha rilasciato le sue prime misurazioni dello fondo cosmico a microonde (CMB), la luce più antica dell’universo.

“Quando sono stati annunciati i risultati del satellite Planck, sono stati visti come una conferma dell’inflazione cosmica”, ha affermato il professor Avi Loeb dell’Università di Harvard, Coautore di Vagnozzi sul documento attuale. “Però, alcuni di noi hanno sostenuto che i risultati potrebbero mostrare esattamente il contrario. ”

Insieme ad Anna Ijjas e Paul Steinhardt, Loeb è stato uno di quelli che hanno sostenuto che i risultati di Planck hanno mostrato che l’inflazione ha posto più enigmi di quanti ne abbia risolti, e che era tempo di prendere in considerazione nuove idee sul inizi dell’universo, che, ad esempio, potrebbe avere avuto inzio non con il Big Bang, ma con un “rimbalzo” da un cosmo precedentemente contratto.

Le mappe della CMB rilasciate da Planck rappresentano la prima dase dell’universo che possiamo “vedere”, 100 milioni di anni prima della formazione delle prime stelle. Non possiamo guardare oltre.

“Il limite effettivo dell’universo osservabile è alla distanza che qualsiasi segnale avrebbe potuto percorrere al limite della velocità della luce nei 13,8 miliardi di anni trascorsi dalla nascita del Universo “, ha detto Loeb. “A seguito dell’espansione dell’universo, questolimite è attualmente situato 46,5 miliardi di anni luce. Il volume sferico all’interno di questo confine è come uno scavo archeologico centrato su di noi: più in profondità scaviamo, più scopriamo uno strato della storia cosmica, fino al Big Bang che rappresenta il nostro ultimo orizzonte. Oltre, l’orizzonte è sconosciuto.”

Potrebbe essere possibile scavare ulteriormente negli inizi dell’universo studiando particelle quasi senza peso conosciute come neutrini, che sono le particelle con massa più abbondanti nell’universo.

L’universo consente ai neutrini di viaggiare liberamente senza disperdersi da circa un secondo dopo il Big Bang, quando la temperatura era di dieci miliardi di gradi. “L’universo di oggi deve essere pieno di neutrini reliquia di quel momento”, ha detto Vagnozzi.

Vagnozzi e Loeb affermano che possiamo andare ancora più indietro, tracciando i gravitoni, particelle che mediano la forza di gravità.

“L’Universo era trasparente ai gravitoni fino al primo istante tracciabile dalla fisica nota, il Tempo di Planck: 10 alla -43 secondi, quando la temperatura era 10 alla 32 gradi “, ha detto Loeb. “Una corretta comprensione di ciò che è accaduto prima ciò richiede una teoria predittiva della gravità quantistica, che non possediamo. ”

Vagnozzi e Loeb affermano che una volta che l’Universo ha permesso ai gravitoni di viaggiare liberamente senza dispersione, un fondo di radiazione gravitazionale termica con una temperatura leggermente inferiore a un grado sopra lo zero assoluto avrebbe dovuto essere generato: il fondo del gravitone cosmico (CGB).

Tuttavia, la teoria del Big Bang non consente l’esistenza del CGB, poiché suggerisce che l’inflazione esponenziale dell’universo neonato ha diluito vestigia come il CGB al punto da non essere rilevabili. Questo può essere trasformato in un test: se il CGB fosse rilevato, chiaramente ciò escluderebbe l’inflazione cosmica, che non ne consente l’esistenza.

Vagnozzi e Loeb sostengono che un tale test è possibile e che in linea di principio il CGB potrebbe essere rilevato in futuro.

Tuttavia, per rivendicare un rilevamento definitivo del CGB, la “pistola fumante” sarebbe il rilevamento di uno sfondo di onde gravitazionali ad alta frequenza che raggiungono un picco a frequenze intorno ai 100 GHz.

Sarebbe molto difficile rilevarle e richiederebbe enormi progressi tecnologici nei magneti superconduttori. Tuttavia, affermano i ricercatori, questo segnale potrebbe essere alla nostra portata in futuro.

 

Immagine: Roen Kelly, after BICEP2 Collaboration

 



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