L’esistenza delle onde gravitazionali è ormai assodata: ora non rimane che cercarne altre per poter indagare nei misteri dei grandi fenomeni che avvengono nell’Universo, come lo scontro tra buchi neri e le stelle di neutroni. Ma c'è un obiettivo ancora più ambizioso: fin dal momento in cui vennero scoperte ci si chiese se mai avremmo potuto rilevare le onde gravitazioni prodotte dal Big Bang.
In teoria, sì. Con uno studio pubblicato su Physical Review Letters, ricercatori dell'università di Basilea (Svizzera) e del Max Planck Institut (Monaco, Germania) sostengono che le onde gravitazionali che si ebbero subito dopo il Big Bang (e per subito si intende quel che avvenne 10-35 (0,00000000000000000000000000000000001) secondi dopo l’esplosione) possono ancora oggi essere rilevate, se cercate nel modo giusto.
Inflatoni, oscilloni e onde gravitazionali. Secondo la teoria più accettata che spiega la nascita dell’Universo, dopo 10-35 secondi dal Big Bang, l’Universo, che aveva una dimensione miliardi di volte più piccola di un protone (una particella che compone il nucleo degli atomi), si espanse fino a diventare grande come un pallone da basket.
Il fenomeno è stato chiamato inflazione (ossia espansione accelerata), innescata da un'ipotetica particella casualmente chiamata inflatone, la quale, oscillando tra stati di massima e minima energia, avrebbe determinato l'espansione dell'Universo e l'emissione di enormi quantità di radiazioni.
Le irregolarità nella distribuzione della radiazione sarebbero la causa della disomogeneità della materia che costituisce l’Universo dei nostri giorni.
Oggi si ipotizza che le oscillazioni dell’inflatone, chiamate oscilloni, siano come onde che hanno portato l’Universo da uno stato iniziale a uno successivo, nel quale regnava la radiazione elettromagnetica.
Vedi: la prima foto di un buco nero: un approfondimento di Andrea Parlangeli, giornalista di Focus.
Il lavoro dell'EHT è una "lezione di umiltà", afferma Maria Popova (@brainpicker) su Twitter: quattro secoli fa, quando puntammo i primi telescopi verso il cielo, c'era chi pensava che la Terra fosse al centro dell'Universo. Fino a un secolo fa non si spingeva lo sguardo oltre la Via Lattea e solo nel 1851 John Adams Whipple catturò la prima foto di una stella (Vega, a 25 anni luce di distanza). Oggi, un concetto che persino Einstein concepiva solo come una possibilità teorica diventa reale quanto la gravità: così abbiamo la prima foto di un buco nero - M87, a 55 milioni di anni luce da noi.
Foto: © EHT Event Horizon Telescope
Verso Plutone e ritorno. Se si potessero dipanare e poi unire tutte le doppie eliche di DNA contenute nelle cellule del corpo umano, si formerebbe un filamento lungo 16 miliardi di km: abbastanza per portarci fino a Plutone, e poi tornare indietro.
Foto: © Chris Beckett, Flickr
L'umanità in una zolletta di zucchero. Il 99,9999999% degli atomi della materia ordinaria è costituito da spazio vuoto. La struttura dell'atomo ricorda un Sistema Solare in miniatura, con il nucleo che occupa pochissimo spazio, rispetto agli elettroni che vi orbitano attorno. Se potessimo escludere tutto questo spazio vuoto e comprimere ciò che rimane, i 7 miliardi di abitanti della Terra starebbero comodamente condensati in un cubo delle dimensioni di una zolletta di zucchero.
Foto: © Eke Miedaner, Flickr
Siamo davvero "polvere di stelle". Le esplosioni stellari lasciano dietro di sé gli elementi costitutivi dei futuri sistemi planetari. Quindi gli atomi di cui siamo composti, da quelli di calcio nelle ossa al ferro del nostro sangue, ma anche ossigeno e carbonio, sono stati sintetizzati in stelle miliardi di anni fa, e poi diffusi in antichissime supernovae.
Foto: © NASA/CXC/SAO
Antichi quanto l'Universo. L'idrogeno insito in ogni molecola d'acqua del nostro corpo ha invece una provenienza ancora più antica: viene direttamente dal Big Bang. Il 50-75% del nostro corpo proviene quindi dal sussulto originario dell'Universo.
Foto: © SPL/Contrasto
C'è il Big Bang in TV. Restando in tema di Universo primordiale, prima dell'avvento delle moderne TV, per averne un assaggio bastava osservare le interferenze di sintonizzazione tra una frequenza e l'altra. In esse, secondo la Nasa, è rintracciabile ancora una buona percentuale della radiazione cosmica di fondo a microonde, un'"impronta" della luce primordiale dell'Universo.
Foto: © SPL/Contrasto
Guardare le stelle è come fare un viaggio nel tempo. Non è una novità, ma non smette di meravigliarci: la luce di alcune stelle impiega così tanto tempo a raggiungere il nostro sguardo, che osservare una stellata notturna equivale a fare un tuffo nel passato. Hubble riesce a "guardare" indietro nel tempo fino a 13 miliardi di anni fa.
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Foto: © Kartik Ramanathan, Flickr
Sulla Luna abbiamo lasciato impronte indelebili (o quasi). Le orme del «grande balzo per l'umanità» di Neil Armstrong e Buzz Aldrin rimarranno visibili nel suolo lunare molto a lungo, forse fino a quando esisterà la Luna. Questo perché sul nostro satellite non ci sono venti, piogge o altri fenomeni atmosferici che possano cancellare le impronte degli astronauti.
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Foto: © Nasa
Lo Spazio profondo è incredibilmente silenzioso. Di un silenzio che non riusciamo neppure a immaginare: le onde sonore hanno bisogno di un mezzo per propagarsi, e nello spazio interstellare che separa stelle, pianeti, lune e comete, c'è effettivamente il vuoto: al suono manca un mezzo in cui propagarsi.
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Foto: © ESA
Se un'astronave viaggiasse alla velocità della luce, i fari farebbero il loro dovere? Certo: come dimostrato dalla teoria della Relatività ristretta di Albert Einstein, la velocità della luce appare la stessa per ogni
osservatore inerziale, il cui moto cioè non sia accelerato. Ciò significa che viaggiando a una qualunque velocità costante, per quanto prossima a quella della luce, vedremmo i fasci dei fari allontanarsi dalla nostra astronave alla loro normale e consueta velocità.
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Nello Spazio saremmo saldatori provetti. Due pezzi dello stesso metallo che si tocchino nel vuoto dello Spazio, si fonderanno in modo perenne, perché gli elettroni percepiranno un'unica sequenza di atomi tra i quali "zigzagare". Lo stesso procedimento si può replicare anche sulla Terra, in condizioni di laboratorio.
Foto: © Thomson Reuters
Su Venere un anno dura meno di un giorno. Su Venere la rotazione sull'asse (oltretutto, retrograda) dura 243 giorni terrestri. La rivoluzione intorno al Sole, invece, dura 225 giorni terrestri. Pertanto su questo pianeta, un giorno dura più di un anno.
Foto: © NASA Goddard Spaceflight Center
Il gigante e la biglia. Il Sole costituisce da solo il 99% di tutta la massa del Sistema Solare: la sua massa è pari a 333 mila volte quella terrestre. Ci vorrebbero invece 1,3 milioni di pianeti come il nostro per riempire il volume della nostra stella.
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Foto: © ESA
Ci sono più stelle in cielo che granelli di sabbia sulla Terra, e non è un modo di dire. Secondo una stima dei ricercatori dell'Università delle Hawaii, ci sarebbero 7,5 miliardi di miliardi (cioè 10 alla diciottesima potenza) di granelli di sabbia sul nostro pianeta. Nell'Universo potrebbero esserci invece 300 sestilioni di stelle (ossia 300.000.000.000.000.000.000.000 di stelle, o 3 seguito da 23 zeri), una cifra che fa impallidire i granelli di sabbia.
Foto: © Flickr / Capture Queen
L'Everest e le stelle di neutroni. Le stelle di neutroni, cioè il risultato dell'evoluzione di stelle di massa pari a qualche volta quella del Sole, sono così dense che una tazzina di esse peserebbe più di un miliardo di tonnellate, quanto l'Everest!. L'esplosione che porta il nucleo di ferro di questi residui stellari a collassare su se stesso in modo estremamente violento, spinge poi questi oggetti a ruotare intorno al proprio asse compiendo centinaia o anche migliaia di giri al secondo.
Non conosciamo che un ventesimo dell'Universo. La materia ordinaria e osservabile costituisce appena il 5% dell'Universo. Il rimanente 95% è composto da energia oscura (68%) e materia oscura (27%), sulle quali sappiamo ancora molto poco.
Foto: © Nasa
In questo quadro di "meta-fisica" si inserisce la ricerca condotta da Francesco Cefalà, Stefano Orani e Stefan Antusch: le oscillazione degli inflatoni, gli oscilloni, produssero onde gravitazionali la cui intensità era tale che ancora oggi le si potrebbero rilevare. Esse, tra l’altro, avrebbero una frequenza assolutamente diversa da tutte le altre onde gravitazionali e quindi sarebbero “facili” da individuare.
La sfida è aperta e se si dovessero realmente trovare tracce di quell'evento saremo forse anche capaci di leggervi qualche dettaglio dell'Universo appena dopo il Big Bang.
I buchi neri. I telescopi riescono a captare soltanto la radiazione elettromagnetica, i raggi X o, come abbiamo visto di recente, le onde gravitazionali generati dal loro insaziabile appetito o dalle loro collisioni. Ma nessuno sa che cosa vi sia all'interno di queste "sabbie mobili" cosmiche, regioni dello spaziotempo che esercitano una tale attrazione gravitazionale che nemmeno la luce riesce a sfuggirvi.
# Vedi anche: Una lezione di Stephen Hawking sui buchi neri.
Foto: © Alain Riazuelo of the French National Research Agency, via Wikipedia
Il Vuoto Gigante. Questa regione di Spazio a 1,5 miliardi di anni luce dalla Terra, del diametro stimato di 1,3 miliardi di anni luce, fa parlare di sé per quello che non contiene. Ospita pochissime galassie visibili, quindi poca materia; ma è anche vuota di materia oscura, e non è un buco nero (la luce vi può passare attraverso). Si pensa che dietro questa regione di vuoto, e in altre più piccole note nell'Universo, possa nascondersi lo "zampino" dell'energia oscura. Nell'immagine la localizzazione di questa regione, nella costellazione dei Cani da Caccia.
Foto: © Wikimedia Commons
La materia oscura. È necessaria per spiegare alcune anomalie nelle misurazioni cosmiche (in particolare nel moto di rotazione delle galassie a spirale) che implicano la presenza di quantità di massa che non riusciamo a vedere. Costituisce il 27% dell'Universo ma, nonostante gli studi che provano a indagarne l'essenza, questa continua a sfuggirci. Un'ipotesi è che possa essere composta da buchi neri primordiali, formatisi nei primi istanti di vita dell'Universo. Nella foto, l'ammasso di galassie Abell 520, che rappresenta un mistero nello studio della materia oscura. In base alle stime, questa sarebbe infatti concentrata, qui, nelle zone meno popolate di galassie, al contrario di quanto si credeva.
# Vedi anche: Alla ricerca della materia oscura.
Foto: © NASA
L'energia oscura. Questa componente esotica che rappresenta il 68% dell'energia e della massa dell'Universo, sarebbe secondo le teorie più accreditate la principale responsabile dell'espansione del cosmo. Non ne sappiamo granché, ma le informazioni che abbiamo le dobbiamo soprattutto alla Radiazione cosmica di fondo, il residuo di radiazione elettromagnetica prodotto dal Big Bang. Nell'immagine della Nasa, l'energia oscura è rappresentata dalla griglia viola e la gravità (con effetti evidenti ma localizzati) dalla griglia verde.
Foto: © NASA
Il Grande Attrattore. È una anomalia gravitazionale a 220 milioni di anni luce da noi, che sta attraendo le galassie (Via Lattea compresa) come sotto l'influenza dell'attrazione gravitazionale di un milione di miliardi di soli. La nostra galassia è risucchiata in direzione di questa anomalia alla velocità di 2 milioni di km orari. Per alcuni, il Grande Attrattore è un accumulo di materia oscura. Per altri, le polveri della Via Lattea starebbero oscurando la vera origine di questa "calamita" cosmica.
# Vedi anche: Quello che la via Lattea nasconde alla (nostra) vista.
Foto: © NASA/ESA/Hubble Space Telescope
"Peggy", la luna di Saturno. Nel 2013, mentre fotografava l'anello A di Saturno, Cassini ha individuato una anomalia alla sua estremità: un disturbo nel segnale il 20% più brillante rispetto ai dintorni, che è risultato essere una piccola luna in formazione. L'ipotesi è che l'oggetto, del diametro di circa 1 km, si sia formato dal collasso di materiale proveniente dagli anelli: una teoria che getta luce anche sulla formazione degli altri satelliti del pianeta con gli anelli. La situazione attuale della Luna non è chiara. Forse si è disintegrata, o forse si è staccata ed è migrata altrove, dove non è più possibile vederla.
# Vedi anche: Saturno e la fabbrica delle mini lune.
Foto: © NASA/JPL
L'anomalia di KIC 8462852. Il 22% della luminosità della stella a 1.480 anni luce dalla Terra appare schermato, dal nostro punto di vista: un oscuramento talmente marcato da non essere spiegabile nemmeno con la presenza di un pianeta grande come Giove nell'orbita dell'astro. La spiegazione finora più condivisa è che lo scherzo di luce sia causato da una famiglia di comete o asteroidi. Ma non manca chi ha ipotizzato la presenza di una megastruttura aliena attorno all'astro, come uno scudo solare o un collettore di energia (per approfondire). Con l'avvento del James Webb Space Telescope, dovremmo finalmente capirne di più.
Foto: © NASA/JPL-Caltech
