Sembrerebbe che la comprensione moderna della struttura dell'universo sia già ben consolidata e generalmente accettata. Ma di tanto in tanto, deve essere difeso contro le cosiddette anomalie, deviazioni inspiegabili dalla norma che mettono in discussione il modello standard. Parliamo oggi di come uno strano fenomeno cosmologico, per sua natura e per alcune coincidenze di circostanze chiamate "Asse del Male", abbia quasi rotto la cosmologia moderna.
Eco del big bang
La Terra guarda il cielo con migliaia di occhi telescopici. Diverse decine di altre sono messe in orbita. I primi telescopi erano ottici e furono progettati per osservare la parte luminosa dello spettro della radiazione elettromagnetica, accessibile all'occhio umano. Quelli moderni scrutano lo spazio senza fondo e osservano i suoi oggetti nell'intero spettro della radiazione elettromagnetica. Prendi l'osservatorio spaziale Swift, per esempio. È progettato per registrare e osservare i lampi di raggi gamma cosmici, gigantesche esplosioni di energia osservate in galassie lontane. Posizionare la radiazione gamma a onde corte all'inizio dello spettro elettromagnetico. L'osservatorio orbitale russo Radioastron studia i buchi neri e le stelle di neutroni nel raggio radio, più vicino all'altra estremità dello spettro.
Alcuni osservatori orbitanti sono meglio conosciuti, altri meno. In cima alla classifica di popolarità c'è il telescopio spaziale Hubble, in orbita da 27 anni. Studia lo spazio nelle gamme del visibile, dell'ultravioletto e dell'infrarosso. Molto noto è anche Kepler, dotato di un fotometro supersensibile operante nel range 430-890 nm (range visibile e infrarosso) e in grado di osservare simultaneamente le fluttuazioni di luminosità di 145.000 stelle.
Ma tra loro ci sono osservatori orbitali, il cui scopo principale non sono le singole stelle, pianeti o galassie, ma l'Universo stesso. Lo scopo di trovarli in orbita è aiutare gli astronomi a comprendere la struttura del nostro Universo, a cercare di comprenderne la storia. E forse, e guarda attraverso il muro di incredibili distanze e altri universi.
Lanciato dalla NASA nel giugno 2001, l'osservatorio WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) era uno di quelli. Il dispositivo aveva lo scopo di studiare la radiazione di fondo della reliquia, che si è formata a seguito del Big Bang. Fino all'ottobre 2010, era a 1,5 milioni di km dalla Terra in orbita vicino al punto di Lagrange L2 del sistema Sole-Terra. Nel periodo dal 2001 al 2009, ha scansionato la sfera celeste e ha trasmesso i risultati delle osservazioni alla Terra. Sulla base dei dati ottenuti dal telescopio, è stata compilata una mappa radio dettagliata del cielo a diverse lunghezze d'onda elettromagnetiche: da 1,4 cm a 3 mm, che corrisponde alla portata delle microonde.
La radiazione della reliquia riempie l'universo in modo uniforme. Questa radiazione di fondo a microonde, che è sorta durante l'era della ricombinazione primaria dell'idrogeno, è una sorta di "eco" del Big Bang. Ha un alto grado di isotropia, cioè uniformità in tutte le direzioni. Il suo spettro di radiazione corrisponde allo spettro di radiazione di un corpo assolutamente nero con una temperatura di 2,72548 ± 0,00057 K. La radiazione massima cade su onde elettromagnetiche con una lunghezza di 1,9 mm e una frequenza di 160,4 GHz (radiazione a microonde). Senza entrare nei dettagli, sulla scala della radiazione elettromagnetica si trova tra la radiazione termica infrarossa e le frequenze delle comunicazioni cellulari, delle trasmissioni radiofoniche e televisive. La radiazione di fondo a microonde è isotropa con una precisione dello 0,01%. Questo è esattamente ciò che indica l'alternanza di aree arancioni "calde" e blu "fredde" sulle mappe radio dei veicoli spaziali. Ha una certa anisotropia su piccola scala.
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Nel 2010 l'osservatorio ha completato la sua missione. Proprio come WMAP una volta ha sostituito l'osservatorio Cosmic Background Explorer (COBE), noto anche come Explorer 66, ed è stato sostituito dal più sensibile e moderno Osservatorio europeo di Planck situato nello stesso punto L2 … Planck ha una sensibilità maggiore e una gamma di frequenze più ampia.
Confronto dei risultati di COBE, WMAP e Planck. Un esempio di quanto sia diversa la sensibilità dei loro strumenti di misura
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Trafitto dall'asse
La disposizione principale della cosmologia moderna, su cui si basano i modelli più moderni della struttura dell'Universo, è il cosiddetto principio cosmologico. Secondo lui, nello stesso momento temporale, ogni osservatore, ovunque si trovi e in qualunque direzione guardi, troverà, in media, la stessa immagine nell'Universo.
Questa indipendenza dal luogo di osservazione, l'uguaglianza di tutti i punti nello spazio, si chiama omogeneità. E l'indipendenza dalla direzione dell'osservazione, l'assenza di una direzione preferita nello spazio, cioè il fatto che l'Universo non preferisce una direzione all'altra, è l'isotropia. E la sua assenza è l'anisotropia.
Sarebbe andato tutto bene, ma solo nel processo di elaborazione dei dati ottenuti dalla sonda WMAP, sono state tratte conclusioni su tale anisotropia dell'Universo. I risultati dell'analisi dei dati hanno mostrato la presenza nello spazio di una certa area estesa attorno alla quale si svolge l'orientamento dell'intera struttura dell'Universo. Cioè, nello spazio, c'è ancora una direzione in cui le galassie e gli oggetti spaziali di grandi dimensioni sono allineati. Questo fenomeno, in grado di rompere la moderna comprensione dell'Universo, è stato chiamato "Asse del Male". Il termine stesso è stato coniato dal fisico e cosmologo portoghese João Magueijo che lavorava nel Regno Unito.
Le zone blu sono le più fredde, le zone arancioni sono le più “calde”. Linea bianca - "Axis of Evil". Delineato con un ovale - Supervoid di Eridani
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Si ritiene che questo nome sia associato non tanto alla "geometria" del fenomeno, ma all'influenza che il fenomeno può avere sulle attuali idee prevalenti sull'Universo. Tra l'altro, qualche anno prima, il presidente degli Stati Uniti George W. Bush ha introdotto lo stesso termine in relazione ai paesi che, secondo gli Stati Uniti, sponsorizzano il terrorismo internazionale e rappresentano una minaccia per la pace e la stabilità del pianeta.
Va notato che il nostro universo ha una certa disomogeneità e anisotropia. Altrimenti, non ci sarebbero galassie, stelle, pianeti. E, alla fine, anche io e te. Queste sono tutte deviazioni dall'omogeneità dell'universo. Il principio cosmologico si applica a scale molto grandi, ben oltre le dimensioni di un ammasso di galassie. Stiamo parlando di centinaia di milioni di anni luce. Su scala minore, la disomogeneità è possibile come conseguenza delle fluttuazioni quantistiche causate dal Big Bang.
Mageiju, osservando le regioni "calda" (arancione) e "fredda" (blu) delle fluttuazioni della radiazione di fondo a microonde, ha fatto una scoperta interessante. Ha scoperto che anche sulle scale più grandi, le fluttuazioni della radiazione relitta (fluttuazioni di temperatura) non sono localizzate in modo casuale, ma relativamente ordinate.
Un esempio separato di tale manifestazione di anisotropia è il punto freddo della reliquia nella costellazione dell'Eridano. Qui, la radiazione a microonde è significativamente inferiore rispetto alle aree circostanti. A quasi un miliardo di anni luce di diametro, l'Eridani Supervoid ha molte meno stelle, gas e galassie del solito.
Non c'è una comprensione esatta di cosa possa aver causato un simile buco. La professoressa Laura Mersini-Houghton dell'Università del North Carolina fornisce questa affascinante spiegazione: "Questa è sicuramente un'impronta di un altro universo oltre il nostro".
Sembrava?
E nel 2009 l'ESA ha lanciato in orbita il più avanzato telescopio Planck. La navicella aveva a bordo due strumenti per lo studio del cielo: un ricevitore a bassa frequenza che copre la gamma di frequenze da 30 a 70 GHz, che corrisponde a lunghezze d'onda da circa 4 a 10 mm, e un ricevitore ad alta frequenza con una frequenza da 100 a 857 GHz e lunghezze d'onda da 0, 35 a 1 mm. La radiazione raccolta viene focalizzata sugli strumenti da un sistema di due specchi: quello principale, che misura 1,9 per 1,5 m, e quello secondario, la cui dimensione è 1,1 per 1,0 m. I ricevitori del telescopio sono stati raffreddati quasi allo zero assoluto, operando a una temperatura di -273, 05 ° C, ovvero 0,1 ° C sopra lo zero assoluto. L'osservazione del cielo "Planck" è proseguita fino all'esaurimento nel gennaio 2012 dell'elio liquido, raffreddando i ricevitori.
Telescopio "Planck" nel punto di Lagrange L2 del sistema Sole - Terra
popsci.com
Doveva confutare i risultati ottenuti da WMAP o, al contrario, confermarli. E la prima analisi dei dati ottenuti, effettuata nel 2013, ha mostrato che l '"Asse del Male" nell'Universo esiste davvero. Ma a quel tempo tutti i dati ricevuti dalla sonda non erano ancora stati pubblicati.
È stato solo l'anno scorso che un team di ricercatori dell'University College London (UCL) e dell'Imperial College London, sulla base dei risultati di un'analisi di un set di dati completo da un telescopio, ha stabilito che non esiste un vero "asse". I dati ottenuti dal telescopio tra il 2009 e il 2013 sono stati analizzati utilizzando un supercomputer. I risultati dell'analisi hanno mostrato: l'Universo è isotropo. Lo studio degli astronomi britannici è stato pubblicato nel maggio 2016 da Physical Review Letters.
Daniela Saadeh, cosmologa ricercatrice del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'University College di Londra, che ha preso parte allo studio, non nasconde la sua gioia: "Si può dire che abbiamo salvato la cosmologia da una revisione completa".
In una spiegazione dei risultati dello studio pubblicati sul sito web del college, Daniela spiega: “I risultati dello studio sono la migliore prova che l'universo è lo stesso in tutte le direzioni. La nostra attuale comprensione della struttura dell'universo si basa sul presupposto che non preferisca una direzione all'altra. Ma devi capire che la teoria della relatività di Einstein, in linea di principio, non nega la possibilità dell'esistenza di uno spazio sbilanciato. Gli universi che girano o si allungano potrebbero benissimo esistere, quindi è molto importante che non sia così nel nostro caso. Anche se, ovviamente, non possiamo escluderlo completamente, i nostri calcoli indicano che la probabilità che ciò avvenga è solo una su 121.000.
Scansione della sfera celeste con il telescopio Planck
esa.int
Sergey Sobol
