Il Prgetto VIPERS Mostra Un Universo-Ragnatela

Un team internazionale di astronomi guidati da ricercatori dell’INAF presenta i primi risultati del grande progetto che sta ricostruendo la struttura a grande scala dell’Universo quando questo aveva circa metà della sua età attuale. Misurando la distanza di 55.000 galassie con il VLT dell’ESO, è stata prodotta una mappa della distribuzione di materia con un’estensione e un dettaglio mai raggiunti prima a quest’epoca cosmica.

Una ragnatela cosmica che si estende per miliardi di anni luce, fatta di galassie, gas, polveri, ma anche di numerose zone apparentemente sgombre di materia visibile, dove invece potrebbe annidarsi quella ‘oscura’. Ecco il primo spettacolare colpo d’occhio dell’Universo realizzato nell’ambito del progetto VIPERS (VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey), sviluppato da un team internazionale coordinato da ricercatori dell’INAF e a cui partecipano colleghi di varie Università italiane . VIPERS utilizza lo spettrografo VIMOS installato al Very Large Telescope (VLT) dell’ESO per ricostruire la distribuzione spaziale delle galassie quando l’Universo aveva circa metà dell’età attuale, ovvero attorno a 7 miliardi di anni. La novità del progetto è nella combinazione senza precedenti delle dimensioni del volume esplorato e del dettaglio con cui la struttura a grande scale viene ricostruita. L’ambizioso obiettivo è quello di misurare le distanze di circa 100.000 galassie in un volume di quasi due miliardi di anni-luce cubici per ricostruirne la loro distribuzione tridimensionale. I risultati, molto attesi, cominciano ad arrivare: sono stati infatti presentati una serie di articoli inviati alla rivista Astronomy&Astrophysics e pubblicati online su arxiv.org che si basano sulle prime 55.000 galassie finora osservate. “È il primo traguardo di un lavoro iniziato nel 2008 e che richiederà altri 3 anni per essere completato” commenta Luigi Guzzo, dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Brera, coordinatore generale del progetto.

Il primo e più spettacolare risultato fornito da questi dati è nelle mappe della distribuzione delle galassie basate sulle nuove misure di distanza che mostrano come già a quell’epoca l’Universo fosse organizzato in grandi strutture filamentose, che connettono gli ammassi di galassie e circondano ampie zone vuote. E’ il cosiddetto Cosmic Web, la ragnatela cosmica che i ricercatori spiegano come il risultato dell’amplificazione da parte della forza di gravità di piccole perturbazioni nell’Universo primordiale. La struttura è analoga a quella osservata nell’Universo più vicino a noi, ma rappresenta un fotogramma intermedio del film cosmico, scattato circa 7 miliardi di anni fa e per di più dettagliatissimo e molto esteso. Un fondamentale passo in avanti che ci permette di avere a disposizione, per la prima volta, una visione d’assieme dell’Universo a queste epoche. Grazie all’estensione di queste mappe, il team di VIPERS è stato in grado di produrre già con il campione attuale dei risultati che migliorano significativamente la nostra conoscenza sia delle proprietà globali della popolazione di galassie, sia della loro distribuzione spaziale a grande scala.

Il livello di disomogeneità alle diverse scale (galassie, ammassi di galassie, filamenti) è infatti strettamente legato alle proprietà delle componenti fondamentali dell’Universo. Quanta e quale materia oscura è necessaria per spiegare ciò che vediamo? Che cosa produce l’accelerazione dell’espansione che oggi osserviamo? È la cosiddetta energia oscura oppure in realtà stiamo usando una teoria non corretta per descrivere l’Universo su queste scale? Tra i principali obiettivi di VIPERS c’è quello di fornire risposte a questi interrogativi. Uno dei lavori in fase di pubblicazione mostra che la distribuzione e le velocità delle galassie sono compatibili con le previsioni della Relatività Generale e confermano quindi la necessità di inserire una forma di energia oscura nelle relative equazioni, per spiegare l’espansione accelerata.

Un altro degli articoli in corso di pubblicazione presenta una misura molto precisa del numero di galassie di grande massa già presenti nell’Universo quando questo aveva 7 miliardi di anni. “Avere a disposizione queste informazioni per campioni di centinaia di migliaia di galassie – come sarà il caso di VIPERS al termine del progetto tra tre anni - permette di identificare nel dettaglio i processi e le leggi fisiche che ne regolano l’evoluzione, informazioni che possono essere fraintese se si usano campioni troppo piccoli e non rappresentativi di simili oggetti celesti” commenta Micol Bolzonella dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Bologna, che nel progetto coordina gli studi di evoluzione delle galassie.

A cura di Marco Galliani

Foto di apertura
La distribuzione nello spazio delle 55.000 galassie che compongono l’attuale campione PDR-1 della survey VIPERS. Le due “fette” di torta corrispondono ai due campi W1 e W4 in cui sono state compiute le misure. L’osservatore in questa immagine è situato al vertice immaginario dei due pseudo-coni, fuori dallo schermo a destra dell’immagine. La dimensione delle fette in lunghezza corrisponde a 6 miliardi di anni luce riportati all’epoca attuale. Crediti: © VIPERS Collaboration

Fonte:
http://www.media.inaf.it/2013/03/12/universo-ragnatela/

Un Nuovo Paradigma Spiegherebbe L'Inizio Dell'Universo

Un nuovo paradigma per la comprensione dei primordi della storia dell'Universo è stato sviluppato dagli scienziati della Penn State University.

Utilizzando dei concetti propri della moderna cosmologia quantistica "a loop", hanno esteso la loro ricerca alle grandi strutture che oggi osserviamo che si sono evolute da fluttuazioni fondamentali nella natura essenziale di "spazio-tempo", che esistevano già oltre 14 miliardi di anni fa. La realizzazione prevede anche nuove opportunità per testare le teorie concorrenti della cosmologia che i telescopi di nuova generazione potranno confermare o smentire.

"Noi esseri umani abbiamo sempre desiderato capire di più circa l'origine e l'evoluzione del nostro Universo", ha dichiarato Abhay Ashtekar, autore principale della carta. "É un momento emozionante per il nostro team in questo momento, da quando abbiamo iniziato a utilizzare il nostro nuovo paradigma per capire, più in dettaglio, le dinamiche che la materia e la geometria hanno sperimentato durante le primissime epoche dell'Universo". Ashtekar è titolare della cattedra in Fisica presso la Penn State e direttore dell'Istituto dell'Università per la Gravitazione e il Cosmo. I coautori della carta, insieme a Ashtekar, sono stati i borsisti post-dottorati Agullo Ivan e William Nelson.
Il nuovo paradigma fornisce un quadro concettuale e la matematica per descrivere l'esotica "meccanica quantistica e geometrica dello spazio-tempo" nell'Universo neonato.

Nei primi momenti di vita, con densità inimmaginabili, l'Universo non era governato dalla fisica classica della teoria generale della relatività di Einstein, ma da una teoria ancora più fondamentale che incorpora anche le strane dinamiche della meccanica quantistica.

La densità di materia era enorme, presumibilmente circa 1094 grammi per centimetro cubo, rispetto alla densità di un nucleo atomico oggi, che è solo 10alla14 grammi.
In questo bizzarro ambiente quanto-meccanico, in cui si può parlare solo di probabilità degli eventi, piuttosto che di certezze, le proprietà fisiche erano molto diverse da quelle in cui viviamo oggi. Tra queste differenze, ha detto Ashtekar, il concetto di "tempo", così come le mutevoli dinamiche dei vari sistemi nel tempo, sperimentano il tessuto della geometria quantistica stessa.
Nessun osservatorio spaziale è stato in grado di rilevare tracce di questa epoca remota descritta dal nuovo paradigma. Ma un paio di osservatori si sono avvicinati. La radiazione cosmica di fondo è stata rilevata in un'epoca in cui l'Universo aveva solo 380 mila anni. A quel punto, dopo un periodo di rapida espansione detta "inflazione", l'Universo mutó in una versione diluita della sua precedente super-compressa.

All'inizio dell'inflazione, la densità dell'Universo era un trilione di volte inferiore a quella durante la sua infanzia e i fattori quantistici ora sono molto meno importanti nel governare le grandi dinamiche della materia e della geometria.

Le osservazioni della radiazione cosmica di fondo mostrano che l'Universo aveva una consistenza uniforme prevalentemente dopo il gonfiaggio, ad eccezione di una spruzzata luce di alcune regioni che erano più dense e altre che erano meno dense.
Il paradigma standard dell'inflazione per descrivere l'Universo primordiale, che utilizza le classiche equazioni standard di Einstein, trattano lo spazio-tempo come un continuum liscio.

"Il paradigma inflazionario gode di un notevole successo per spiegare le caratteristiche osservate della radiazione cosmica di fondo. Tuttavia questo modello è incompleto. Mantiene l'idea che l'Universo esplose dal nulla in un Big Bang, che deriva naturalmente dalla incapacità generale della fisica standard di descrivere bene le situazioni estreme della meccanica quantistica", ha detto Agullo. "Abbiamo bisogno di una teoria quantistica della gravità, come la cosmologia quantistica a loop, per andare al di là di Einstein, al fine di catturare la vera fisica vicino all'origine dell'Universo".

All'inizio del lavoro con la fisica quantistica a loop, Ashtekar e colleghi avevano aggiornato il concetto di Big Bang con il concetto intrigante di un Big Bounce, che prevede la possibilità che il nostro Universo non fosse emerso dal nulla, ma da un super-compressa massa di materia che in precedenza aveva aveva una storia a sé stante.

Anche se le condizioni della meccanica quantistica all'inizio dell'Universo fossero molto diverse condizioni dalla fisica classica dopo l'inflazione, la nuova realizzazione dai fisici della Penn State rivela una sorprendente connessione tra i due diversi paradigmi che descrivono queste epoche.

Quando gli scienziati hanno usato il paradigma dell'inflazione con le equazioni di Einstein per modellare l'evoluzione dei semi (le zone sparse in tutta la radiazione cosmica di fondo) hanno scoperto che le irregolarità fungevano da semi che si evolvevano nel corso del tempo negli ammassi di galassie e di altri grandi strutture che vediamo nell'Universo di oggi. Sorprendentemente, quando gli scienziati della Penn State hanno usato il loro nuovo paradigma con le sue equazioni della cosmologia quantistica, hanno scoperto che le fluttuazioni fondamentali nella natura stessa dello spazio al momento del Big Bounce si sono evolute per diventare come le strutture a semi viste nella radiazione cosmica di fondo.
"Il nostro nuovo lavoro mostra che le condizioni iniziali dell'Universo portano alla struttura a larga scala che osserviamo oggi", ha detto Ashtekar. "In termini umani, è come scattare una fotografia di un bambino alla nascita in cui poi siamo in grado di proiettarne un profilo preciso di come sarebbe all'età di 100".

"Questa carta spinge indietro la genesi della struttura cosmica del nostro Universo dall'epoca inflazionistica fino al Big Bounce, che copre circa 11 ordini di grandezza nella densità della materia e della curvatura dello spazio-tempo", ha detto Nelson. "Ora abbiamo ristretto le condizioni iniziali che possono esistere al tempo del Big Bounce, scoprendo che l'evoluzione di tali condizioni iniziali è d'accordo con le osservazioni della radiazione cosmica di fondo".

I risultati del team hanno anche individuato una gamma più ristretta di parametri per i quali il nuovo modello predice nuovi effetti, distinguendolo dall'inflazione standard. Ha detto Ashtekar, "É emozionante che ben presto saremo in grado di verificare le previsioni di queste due diverse teorie contro le future scoperte con le missioni di osservazione di prossima generazione. Tali esperimenti ci aiuteranno molto presto ad avere una comprensione più profonda dell'Universo".

La ricerca è stata sostenuta dalla National Science Foundation e sarà pubblicata l'11 dicembre del 2012 sul Physical Review Letters.

Foto In Alto
L'immagine mostra la potenza dello spettro della "Cosmic microwave background (CMB)" predetto nella "Loop Quantum Cosmology" e nello Scenario Inflazionario Standard.
I due differenti spettri sono contrastati per mostrare il loro andamento in funzione dell'inverso della durata delle onde nelle fluttuazioni delle microonde nello sfondo cosmico. Per molti dei parametri osservabili le onde k sono più grandi di 9 e le due previsioni sono indistinguibili.
(Credit: Image courtesy of Penn State)

Traduzione a cura di Arthur McPaul

Fonte:
http://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121129143452.htm