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giovedì 19 agosto 2010

Una lente per l'energia oscura


Un importante passo in avanti per risolvere l’enigma dell’energia oscura, che compone il 73% dell’Universo. Utilizzando il telescopio Hubble e soprattutto della “lente gravitazionale”, cioè un effetto previsto dalla teoria della relatività di Albert Einstein, secondo il quale una galassia più vicina curva e amplifica la luce di una galassia distante, un team internazionale di astronomi ha compiuto un importante passo avanti nel tentativo di risolvere l’enigma dell’energia oscura, elemento misterio che sembra abbia il potere di accelerare l’espansione dell’Universo. I loro risultati compaiono sul numero del 20 agosto della rivista Science.

Il passo decisivo per carpire qualche segreto dell’energia oscura è stato utilizzare il più grande ammasso di galassie conosciuto, Abel 1689, come una ”lente” cosmica, cioè capace di ingrandire l’immagine di una galassia più lontana come farebbe una lente.

Come detto la materia normale, come quella che si trova in stelle, pianeti e nuvole di polvere è solo una piccola parte del contenuto di massa-energia dell’Universo. E’ inferiore alla quantità di materia oscura – che è invisibile, ma può essere rilevata dall’effetto gravitazionale che ha sulla materia visibile. A sua volta, la quantità di materia oscura nell’Universo stesso “soccombe” all’energia oscura che permea l’intero Universo. Gli scienziati ritengono che la pressione esercitata da questa energia oscura è ciò che spinge l’Universo a espandersi a un ritmo sempre crescente.

Provare la natura dell’energia oscura è, quindi, una delle sfide chiave della cosmologia moderna. Dalla sua scoperta nel 1998, la ricerca si è focalizzata nello sforzo di comprendere meglio di cosa si intenda per materia ed energia oscura. E il lavoro presentato su Science rappresenta un modo completamente nuovo per farlo.

Eric Jullo, autore e primo firmatario del lavoro su Science spiega come l’energia oscura sia caratterizzata dal rapporto tra la pressione e la sua densità: “Ciò è noto come la sua equazione di stato. Il nostro obiettivo era di cercare di quantificare questo rapporto. Ci permette di capire le proprietà dell’energia oscura e di come influenzi lo sviluppo dell’Universo. ”

L’utilizzo dell’effetto della lente gravitazionale, attraverso anche i telescopi Keck e VLT, ha permesso, attraverso l’osservazione delle immagini distorte, agli astronomi di ricostruire il percorso che la luce, proveniente dalle galassie più distanti, compie nel suo lungo viaggio verso la Terra, consentendo di studiare l’effetto che l’energia oscura ha sulla geometria dello spazio nel percorso della luce dagli oggetti lontani all’ammasso di galassie che fa da “lente” e poi da questo a noi. Dato che l’energia oscura spinge l’Universo a espandersi sempre più rapidamente, il percorso che la luce segue mentre viaggia attraverso lo spazio e è piegata dalla lente, viene sottilmente alterato. Ciò significa che lo studio delle immagini distorte fornite dalla lente, permette di raccogliere informazioni sulla cosmologia di base, come pure circa la lente stessa.

Il co-autore Jean-Paul Kneib aggiunge: “Con il nostro metodo, in combinato disposto con gli altri, siamo stati in grado di elaborare risultati che sono di gran lunga più precisi di qualsiasi raggiunto prima“.



Link:
"http://www.media.inaf.it/2010/08/19/una-lente-per-lenergia-oscura/"




domenica 23 maggio 2010

Alla ricerca delle onde gravitazionali primordiali

L'avanzamento nella prossima frontiera dell'astrofisica e della cosmologia dipende dalla nostra capacità di rilevare la presenza di un particolare tipo di onda nello spazio: l'onda gravitazionale primordiale.


Proprio come le increspature nell'acqua in uno stagno, le onde si spostano allungando il tessuto dello stesso spazio, al loro passaggio. Se rilevate, queste deboli e sfuggenti onde potrebbero fornire una visione senza precedenti dei primi momenti della formazione del nostro Universo.

In un articolo apparso nel numero del 21 maggio su Science, il fisico teorico e cosmologo Lawrence Krauss dell'Arizona State University e i ricercatori dell'Università di Chicago e del Fermi National Laboratory hanno esplorato la maggior parte di queste onde, con l'esame della radiazione cosmica a microonde ( CMB).
Nel corso del secolo passato, l'astronomia è stata rivoluzionata grazie all'uso di nuovi metodi per l'osservazione dell'Universo, ma ancora oggi l'origine dell'energia oscura e della materia oscura non sono note. La risposta a questi e altri misteri potrà giungere dall'analisi nei primissimi momenti dell'espansione del Big Bang.

La domanda su come abbia avuto origine l'Universo, provoca da sempre grande fascino ed è l'obiettivo primario per l'ASU Origini Project, presieduto da Krauss.
"Prima di 380.000 anni, l'Universo era opaco alla radiazione elettromagnetica", spiega Krauss, professore nella Scuola ASU dell'esplorazione della Terra e dello Spazio e del Dipartimento di Fisica nel Collegio delle arti liberali e delle scienze. "Prima di esplorare altre volte, abbiamo bisogno di cercare al di fuori dello spettro elettromagnetico. Le onde gravitazionali interagiscono molto debolmente con la materia e quelle prodotte all'inizio del tempo possono farsi strada senza ostacoli fino a noi, oggi, fornendoci una nuova immagine dell'universo primordiale. "

Nel 1916, Albert Einstein aveva previsto l'esistenza delle onde gravitazionali. Basandosi sulla sua teoria della relatività generale, gli oggetti curvano lo spazio intorno a loro. Quando grandi masse si muovono nello spazio, viene generato un disturbo sotto forma di onde gravitazionali, ma a causa della debolezza della gravità, è necessario disporre di cifre astronomiche di materia per generare onde su una scala che potrebbero effettivamente essere rilevabile.
"Immaginate che nello spazio lontano dalla Terra fluttuino al fianco di due specchi a molte miglia di distanza. Se un'onda gravitazionale si fosse propagata nello spazio, si dovrebbe vedere l'aumento della distanza tra i due oggetti e quindi diminuire ritmicamente mentre l'onda passa, in modo quasi impercettibile" spiega Krauss.
"Quando queste onde si propagano in tutto l'Universo diminuiscono di intensità, ma non scompaiono, né rallentano, perché si muovono attraverso la materia essenzialmente senza impedimenti".

"Le onde gravitazionali primordiali e la cosmologia", è stato scritto da Krauss, da Scott Dodelson del Fermi National Laboratory e dell'Università di Chicago e da Stephan Meyer, dell'Università di Chicago. Nel loro articolo su Science, hanno determinato l'esistenza di due fonti principali di onde gravitazionali: l'inflazione subito dopo il Big Bang e le transizioni di fase. Altre fonti possono includere le collisione dei buchi neri o due stelle orbitanti.
Anche se queste increspature dello spazio-tempo sono impercettibili per l'uomo, i rivelatori altamente sensibili come il Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO), con sede a Livingston, Louisiana, sono stati progettati per cercarle.
La radiazione gravitazionale dell'Universo primordiale può essere rilevata indirettamente attraverso il suo effetto sulla polarizzazione della radiazione CMB (radiazione fossile del Big Bang che permea tutto lo spazio). Tuttavia, l'attuale generazione di rivelatori di onde gravitazionali diretto, LIGO inclusa, non ha la sensibilità sufficiente per sondare i segnali di possibili onde gravitazionali primordiali.
"La più grande sensibilità dell'onda gravitazionale primordiale viene dal dal caratteristico disegno di polarizzazione del CMB", dice Krauss. "Se le onde gravitazionali prodotte da una inflazione o da transizioni di fase esistenti è presente con la radiazione cosmica di fondo, saranno rilevabili come polarizzazione sul CMB."
Anche se impegnativa da rilevare, adesso disponiamo della tecnologia sufficientemente, e vale la pena cercarla", secondo Krauss.
"Con il XXI secolo, siamo pronti ad entrare in un nuova era della cosmologia, che ptrebbe fornire una nuova finestra sull'Universo primordiale e sui processi fisici che hanno governato la sua origine e la sua evoluzione", dice Krauss . "Il Satellite Planck dell'Agenzia spaziale europea è stato progettato per rilevare l'immagine del CMB su tutto il cielo, con una sensibilità senza precedenti e con la risoluzione angolare, che fornirà nuovi dati sulla polarizzazione entro i prossimi 3-4 anni e che ci auguriamo ci dia anche l'osservazione diretta delle onde dell'inizio del tempo ".


A cura di Arthur McPaul

Fonte: http://www.sciencedaily.com/releases/2010/05/100520141216.htm

venerdì 26 marzo 2010

L'Universo in espansione, lo conferma Hubble


Un nuovo studio condotto da scienziati europei guidati da Tim Schrabback dell'Osservatorio di Leiden in Olanda, ha presentato l'analisi più completa  mai intrapreso dal NASA / ESA Hubble Space Telescope. Questi ricercatori hanno, per la prima volta, utilizzato i dati di Hubble per sondare gli effetti della fisica gravitazionale delle "lenti deboli" nello spazio per misurare l'espansione dell'universo. [foto in alto: Questa immagine mostra una ricostruzione del totale (la parte più scura) della distribuzione della materia nell'ambito del progetto COSMOS, creato con i dati del NASA/ESA Hubble Space Telescope e i telescopi terrestri. NASA / ESA / P. Simon (Univ. di Bonn) / T. Schrabback (Osservatorio di Leiden)].

Lo studio approfondito si basa su più di 446.000 galassie nell'ambito del progetto COSMOS, in cui Hubble ha fotografato ben 575  parti dell'universo con una leggere sovrapposizione utilizzando la Advanced Camera for Surveys (ACS) sacrificando quasi 1.000 ore di osservazione. Oltre ai dati di Hubble, i ricercatori hanno utilizzato i dati redshift da telescopi terrestri per assegnare la distanza di oltre 194.000 galassie (fuori ad un redshift di 5). "Il solo numero di galassie incluso in questo tipo di analisi è senza precedenti, ma ancora più importante è la ricchezza di informazioni ottenute sulle strutture invisibili nell'universo da questo set di dati eccezionali," ha affermato Patrick Simon, dell'Università di Edimburgo, Regno Unito.

In particolare, gli astronomi potrebbero "pesare" la distribuzione di materia su larga scala nello spazio a grandi distanze. Per fare questo, hanno utilizzato queste informazioni che sono codificate nelle forme distorte di galassie distanti, un fenomeno denominato lente gravitazionale debole. Utilizzando degli algoritmi complessi, il team guidato da Schrabback ha migliorato il metodo standard e ottenendo le misurazioni dela forma delle galassie con una precisione senza precedenti.

La meticolosità e la portata di questo studio permette una conferma indipendente che l'espansione dell'universo è accelerata da una componente aggiuntiva chiamata energia oscura. Gli scienziati hanno bisogno di comprendere come avviene la formazione di grumi di materia nell'universo per determinare come si sviluppa la forza gravitazionale, che tiene insieme la materia e l'energia oscura, che favorisce l'accelerazione delll'espansione dell'universo.

"L'energia oscura influenza le nostre misurazioni per due ragioni", ha detto Benjamin Joachimi, presso l'Università di Bonn. "In primo luogo, quando è presente, gli ammassi di galassie crescono più lentamente, e in secondo luogo, cambia il modo in cui l'universo si espande, portando a più lontane galassie efficaci con le lenti gravitazionali. La nostra analisi è sensibile a entrambi gli effetti." 
"Il nostro studio fornisce anche una ulteriore conferma per la teoria di Einstein della relatività generale, che predice come le lenti segnalano lo spostamento verso il rosso," ha dichiarato Martin Kilbinger, dalla de Institut d'Astrophysique di Parigi e all'Excellence Cluster Universe.

Il gran numero di galassie incluse in questo studio, assieme alle informazioni sul loro spostamento verso il rosso, sta portando ad una mappa chiara di come parte dell'universo, ma ci aiuta anche a capire come sono distribuiti i suoi abitanti galattici. "Con informazioni più precise sulle distanze delle galassie, possiamo misurare più precisamente la distribuzione della materia tra loro e noi" ha detto Jan Hartlap presso l'Università di Bonn. Questi dati hanno anche permesso di realizzare una mappa in 3D della materia oscura, la materia ancora misteriosa che occupa il 25% dell’universo. La materia visibile ne costituisce il 5%, mentre l’energia oscura occupa il restante 70%.

Alla base dello studio c’e’ l’indagine COSMOS di Hubble, un progetto di Esa e Nasa nel quale sono state fotografate 575 panoramiche della stessa porzione di cielo, poi sovrapposte. Per la prima volta i dati di Hubble sono stati utilizzati per sondare gli effetti della cosiddetta “lente gravitazionale debole”, il fenomeno per cui la luce di galassie lontane viene deviata dalla materia oscura. Misurando questo effetto è stata ricostruita l’evoluzione della materia oscura. 

a cura di Arthur McPaul