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L’espansione dell’Universo sta accelerando oppure serve un nuovo modello?

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Questa è davvero la celebre domanda da un milione di dollari o, se preferite visto che siamo in Europa, un milione di euro. Non è davvero facile rispondere, solo le prossime ricerche ci potranno dire da quale parte guardare. Ma il progresso scientifico va avanti così, per tentativi ed errori. Fra Premi Nobel dati per scoperte che domani potrebbero essere superate per il medesimo meccanismo di autorevisione che li aveva distribuiti.
Questo giusto per ricordarci quanto sia incerto il pensiero umano che si dedica alle scoperte del Cosmo dove l’unica certezza è sapere di non essere certi  di sapere abbastanza.

Nel 2011 Brian P. Schmidt e Adam Riess vinsero il Premio Nobel per la Fisica per aver scoperto che l’Universo stava accelerando la sua espansione al contrario di quanto fino ad allora era stato creduto. Il perché questo accada non è mai stato chiarito del tutto ma finora tutto suggerisce che sia la conseguenza di una costante cosmologica, indicata con la lettera greca Λ, capace di contrastare il collasso gravitazionale del contenuto dell’Universo. Già in passato mi sono cimentato nello spiegare per sommi capi come questa costante operi nel Modello Standard ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter) [cite]https://ilpoliedrico.com/2016/07/zenone-olbers-lenergia-oscura-terza-parte.html[/cite] e quindi non credo sia opportuno tornarci sopra, ma di fatto tutto indica che una condizione di universo accelerato sia legata anche allo stato di falso vuoto che permette l’esistenza stessa della materia e di conseguenza la nostra di osservatori.
Per comprendere meglio come si è arrivati a capire che l’espansione dell’Universo sta accelerando, prendiamo ad esempio una SNa che con le dovute correzioni del caso, mostri uno spostamento verso il rosso (redshift) z di circa 0.1, pari a circa il 10% dell’età dellUniverso (≈1.38 miliardi di anni). Per una distanza così – relativamente – piccola la luminosità apparente osservata nelle SNe è in linea con il loro redshift e quanto prevede la normale Legge di Hubble. Per le distanze maggiori, supponiamo z≈0.5 (23 dell’età  dell’Universo) si osserva che la luminosità delle SNe 1a è più bassa del redshift indicato dal loro spettro. Questo indica che nel corso del tempo l’espansione dell’Universo è cambiata  e che pertanto l’affievolimento della luce delle SNe risulta più marcato e che devia dalla linearità della Legge di Hubble in funzione del tempo trascorso.  In soldoni, l’Universo si stava espandendo più lentamente in passato di quanto lo faccia oggi. La luce emessa quando l’Universo aveva 23 dell’età attuale ha dovuto percorrere più spazio per raggiungerci e quindi è più debole di quanto previsto dai modelli di universo senza alcuna costante cosmologica.

L’altro giorno però, uno studio apparso su Scentific Reports di Nature [cite]http://www.nature.com/articles/srep35596[/cite] sembrava rimettere in discussione che l’espansione dell’Universo stesse accelerando. In realtà non è proprio così, il senso dell’articolo a mio avviso non è stato compreso del tutto e di conseguenza anche la notizia è stata distorta.
In pratica gli autori della ricerca, tra cui figura anche l’italiano Alberto Guffanti dellUniversità di Torino, hanno suggerito che in base a un nuovo campione di 740 supernovae (SN) del tipo 1a  1 non possono esserci prove evidenti che l’espansione dell’Universo sta accelerando e che le nuove loro analisi sono consistenti piuttosto con un modello di espansione costante.

Gli altri studi che confermano l’attuale modello  ΛCBM

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Anisotropie di temperatura nella CMBR (± 200 microKelvin) rilevate dal satellite WMAP. Queste microvariazioni nella densità della materia sarebbero all’origine degli ammassi di galassie. La loro dimensione paragonata alle dimensioni degli ammassi di galassie successivi mostra che l’espansione dell’Universo sta accelerando.

Così, giusto per chiarire, che l’espansione dell’Universo stia accelerando non sono solo le misure fotometriche delle diverse supernovae a dirlo. Dall’anno della scoperta del fenomeno, il 1998, gli astronomi hanno cercato, e trovato, altre prove indipendenti a sostegno di questa tesi [cite]https://arxiv.org/abs/astro-ph/0604051v2[/cite], mentre nuove misure e ricalibrazioni delle candele standard suggeriscono che l’accelerazione potrebbe essere ancora più accentuata [cite]https://arxiv.org/abs/1604.01424[/cite].
Spiegare nel  dettaglio ognuno di questi porterebbe troppo lontano. Una di queste fa riferimento alle dimensioni dell’impronta delle oscillazioni acustiche dei barioni rilevate nella radiazione cosmica di fondo (CMBR) 2 e alla distribuzione delle dimensioni degli ammassi di galassie nel corso del tempo [cite]http://iopscience.iop.org/article/10.1086/466512/[/cite].
Altre conferme dell’attuale modello ΛCBM provengono dalla distribuzione di massa degli ammassi di galassie e perfino dal calcolo dell’età del1l’Universo [cite]https://arxiv.org/abs/1204.5493[/cite] [cite]http://www.cambridge.org/it/academic/subjects/astronomy/cosmology-and-relativity/formation-structure-universe[/cite].

Il  nuovo studio

L'effettto Sachs-Wolfe integrato.Credit: Istituto di astronomia dell'Università delle Hawaii

L’effettto Sachs-Wolfe integrato. Questo meccanismo potrebbe essere invocato per spiegare l’arrossamento locale della luce per effetto della gravità.
Credit: Istituto di astronomia dell’Università delle Hawaii

In realtà i ricercatori affermano appunto che stando alle loro ricerche basate su un numero molto maggiore di SNe le analisi – interpretate col modello attuale, quindi quello di un universo descritto per comodità di calcolo come esattamente omogeneo e che si comporta come un gas ideale, tenetelo a mente – dei dati indicano che esse non potrebbero fornire una prova certa dell’attuale modello. Gli amanti della statistica potrebbero trovare interessante che la distribuzione delle probabilità descritte da questo studio che questo Universo si trovi in uno stato di espansione accelerata è ≲ 3 \sigma (circa lo stesso o di poco minore ai 3 sigma).
Se questa ricerca fosse confermata, in proposito lo strumento CODEX presso l’European Extremely Large Telescope (E-ELT) dovrebbe poter presto indicare dove e cosa cercare, si aprirebbero nuove possibilità: come spiegare che le fluttuazioni acustiche dei barioni nella CMBR che riflettono quello che osserviamo oggi nell’Universo? E la distribuzione della massa degli ammassi di galassie? Un modello interessante per spiegare alternativamente quello che osserviamo nella luce delle SNe è l’effetto Sachs-Wolfe integrato [cite]https://ilpoliedrico.com/2012/09/energia-oscura-e-anisotropia-nella-radiazione-cosmica-di-fondo.html[/cite], un arrossamento della luce causato dalla curvatura locale dello spazio dovuta alla gravità.
Questa chiave di lettura porterebbe inevitabilmente al ripensamento dei modelli di universo non più intesi come oggetti esattamente omogenei  e isotropi ma più come spazio vuoto con un ruolo più marcato della componente massa/energia a livello locale. Gli autori della ricerca in fondo questo dicono: il modello a CDM corretto per tenere conto della componente repulsiva attribuita all’energia oscura e indicata come costante cosmologica \Lambda è vecchio e sorpassato dalle nuove scoperte e conoscenze. È ora che esso venga ripensato.

Giganti nell’universo locale: chi sono e come si sono formati?

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Ancora una volta il Prof. Danilo Marchesini della Tuft University di Boston ha onorato il Dipartimento di Fisica dell’Università di Siena con un’altra sua conferenza dedicata questa volta alle galassie ellittiche giganti. Volendo potremmo considerarla come una seconda puntata della conferenza scorsa [cite]http://ilpoliedrico.com/2014/08/caccia-mostri-nascita-delle-galassie-massicce-delluniverso.html[/cite].
Ringrazio l’Università di Siena e la persona di Alessandro Marchini per aver reso pubblico  il video dell’incontro.
Buona visione.

 

Cosa c’era prima e il centro dell’Universo

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Per la scienza sono più importanti le domande che le risposte. Potremmo considerarle, a ragione, proprio il motore dell’evoluzione umana. Le risposte sono invece, quasi per definizione, parziali e imprecise. Se non lo fossero, a risentirne sarebbe proprio lo sviluppo del pensiero umano, Se ci fossimo accontentati della cosmologia aristotelica, forse ora sarei qui a parlare di emicicli. Se avessimo seguito la convinzione imperante alla fine del XIX secolo che tutto era stato ormai scoperto, sicuramente oggi non saremmo qui perché la rivoluzione elettrica ed elettronica non sarebbe stata possibile senza il coraggio di chi ha saputo rimettere in discussione quanto era stato prima affermato.
Anche le mie risposte possono rivelarsi sbagliate, d’altronde non ho la scienza infusa in me e né pretendo di averla; questo lo lascio giudicare a voi. Comunque ricordate che sono sempre le domande che fanno il progresso.

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Universe
Copyrigh: Iole Vaccaro
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Qualche volta mi è capitato di partecipare a convegni e conferenze di cosmologia e tra gli interventi del pubblico in sala al momento del dibattito ricorrono spesso delle domande apparentemente banali, quasi fanciullesche nell’esposizione ma che in realtà invece sono terribilmente complesse. 
Rispondere a queste domande non è facile quanto porle, il problema vero sta nella nostra naturale e limitata capacità di intuire l’Universo e nel linguaggio per esprimerlo.
Come ebbe a dire Galileo Galilei, la matematica è l’alfabeto con cui Dio ha scritto l’Universo e il linguaggio per descriverlo il più fedelmente possibile è appunto la matematica. Invece il linguaggio naturale che abbiamo sempre parlato è un linguaggio limitato per esseri limitati, descriviamo tutto coi nostri sensi, con le nostre esperienze e limiti. Diamo per scontato che tutto abbia un inizio e quindi poi una fine; che ci siano solo tre dimensioni spaziali perché sperimentiamo continuamente un sopra e un sotto, un qui e là, un avanti e un indietro. 
Un magistrale racconto  scritto nel 1884 da Edwin Abbott, Flatlandia 1, esprime più di ogni altra parola il concetto della ristrettezza del nostro linguaggio naturale. Questa limitata capacità di linguaggio si riflette poi nella comprensione della complessità del Cosmo; per questo viene spontaneo farsi queste domande.

  • Se è vero che l’Universo si espande, attraverso cosa si espande?

Expansion of spacetime Copyrigh: Iole Vaccaro Emozioni Grafiche in Movimento

Expansion of spacetime
Copyrigh: Iole Vaccaro
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Tutti noi abbiamo un orologio o un segnatempo, sia  esso anche una clessidra per cuocere le uova.
Quando lo osserviamo non ci stupiamo dei secondi, dei minuti e delle ore che crescono sempre. Lo diamo per scontato, assumiamo per vero e inconfutabile che oggi è un giorno più di ieri come dopodomani saranno due giorni a partire da oggi. Come diamo anche per scontato che nel tempo di una clessidra, un uovo immerso nell’acqua bollente si cuocia.
Le notizie che il tempo scorre sempre e solo nella direzione in cui aumenta e che una volta cotto un uovo non possa mai tornare crudo, non ci scandalizzano affatto.
Da quando Albert Einstein dimostrò che il tempo è in effetti una quarta dimensione di un insieme più ampio chiamato spaziotempo, è perfettamente naturale aspettarsi che lo stesso dinamismo valga anche per le tre restanti dimensioni spaziali.
E in effetti anche le distanze tra gli oggetti nel nostro universo aumentano inesorabilmente: è quella che chiamiamo Espansione Universale, scoperta da Hubble negli anni 20 del XX secolo riguardo all’allontanamento reciproco delle galassie [cite]http://ilpoliedrico.com/2012/10/la-costante-di-hubble-e-i-modelli-cosmologici.html[/cite]. Il valore oggi più accreditato per la Costante di Hubble $H_0$  è di 74,3 km/s per megaparsec, ossia ogni secondo un megaparsec è più grande del secondo precedente di 74,3 chilometri. Se vi sembra un numero gigantesco, considerate che ogni secondo un metro di spazio si allunga di  2,407 attometri 2. Pensate che perché un metro si allunghi tanto da includere un atomo di idrogeno (50 picometri 3) occorrono più di 20 milioni di anni.
Esso cresce continuamente, ma non per questo significa che si espanda dentro qualcosa, aumenta le sue dimensioni stirando e appiattendo lo spazio precedente, continuando ancora oggi l’esperienza della sua formazione 4.
Come vedete, lo spazio si comporta esattamente come il tempo. Anche la direzione è la stessa. Il tempo, lo spazio e la direzione dell’entropia puntano esattamente nella stessa direzione, forse l’unica direzione che permette la vita nell’Universo e la stessa che vi garantisce un uovo alla coque nel tempo di una clessidra. 

  • Dov’è il centro dell’Universo?

Credit: il Poliedrico

Credit: il Poliedrico

Semplice, nell’osservatore; il che equivale che lui e solo lui è nella condizione privilegiata di esserlo o che lo è ogni punto dell’Universo.
Un osservatore vedrà la stessa cosa ovunque egli sia e in qualsiasi epoca: il raggio d’azione dei suoi sensi è legato all’età stessa dell’Universo, il tempo di Hubble 5.
Pertanto che si trovi qui ora, o sulla galassia più lontana nel passato, nel presente o nel futuro, avrà il privilegio di percepirsi sempre al centro dell’Universo. Per quanto ai nostri sensi appaia incredibile un vero centro geometrico l’Universo non ce l’ha!

  • Cosa c’era prima del Big Bang?

Mappa della radiazione cosmica di fondo dell?Universo. È il più antico segnale che potremmo mai ricevere.

Mappa della radiazione cosmica di fondo dell?Universo. È il più antico segnale che potremmo mai ricevere.

Questa è la domanda delle domande. Forse è la più diffusa e difficile a cui rispondere, e forse perché non c’è veramente una risposta.
Potrei dire che la scienza ufficiale non può dare una risposta perché essa è limitata dalla fisicità dell’universo. Le leggi fisiche finora conosciute ci consentono di  esplorare fino a pochi istanti prima di quel fenomeno, chiamato Big Bang, che supponiamo abbia originato il nostro universo. Per andare ancora oltre quei primissimi istanti occorre una legge della gravità quantistica, che sappia cioè unire la forma della gravità relativistica classica con i principi della meccanica quantistica.
Purtroppo, pur intuendone molti aspetti esteriori, una legge simile ancora non è stata trovata [cite]http://ilpoliedrico.com/2014/04/ricerca-santo-graal-fisica-gravita-quantistica.html[/cite].
Innanzitutto occorre precisare che nessuno mai potrà vedere direttamente il Big Bang. L’evento più vicino al Big Bang che è possibile vedere direttamente è la Radiazione Cosmica di Fondo a microonde che altro non è che il fronte di quando l’Universo divenne abbastanza grande e freddo da permettere alla materia e l’energia di disaccoppiarsi quando l’Universo aveva appena 380 000 anni.
Si suppone che i fotoni generati dal Big Bang possano aver lasciato la loro orma su questo muro sotto forma di radiazione altamente polarizzata, ed è quello che si sta cercando di capire attraverso una mappatura estremamente accurata con vari strumenti sia in orbita che sulla Terra [cite]http://ilpoliedrico.com/2014/04/echi-lontano-passato-novita.html[/cite] [cite]http://ilpoliedrico.com/2014/06/echi-lontano-passato-incertezze.html[/cite].

Before the Big Bang Copyrigh: Iole Vaccaro Emozioni Grafiche in Movimento

Before the Big Bang
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Ma di tutto quello che accadde tra il Big Bang e il disaccoppiamento materia-energia è frutto di simulazioni matematiche basate sulle leggi fisiche conosciute e applicate a quelle condizioni particolari. Questo metodo consente di risalire a condizioni fisiche esistenti fino a poche frazioni di secondo a partire dal Big Bang. Ovviamente queste condizioni particolari della materia-energia nell’Universo primordiale sono state verificate con esperimenti della Fisica delle Alte Energie, quindi anche se poi alla luce di nuove scoperte scientifiche dovessero rivelarsi errate, è importante ricordare che comunque non sono semplici ipotesi campate in aria. Risolvere l’altra frazione di secondo è tutta un’altra storia; come ho detto occorre una nuova fisica che contempli sia la gravità classica che la meccanica quantistica in un’unica, nuova, struttura.
Di conseguenza non sappiamo nulla dell’istante in cui è nato l’Universo, sappiamo solo quello che è successo in seguito. La scienza si ferma qui, questo è il limite ultimo in cui uno scienziato può rispondere con sicurezza. Il resto sono solo speculazioni e congetture che esulano dalla scienza ed entrano nel campo della metafisica.

 Dopo questa importante premessa sui limiti dell’attuale scienza potremmo anche avviarci lungo un cammino per esplorare le varie risposte date da cosmologi, fisici e teologi che vanno da un ribollio caotico di nuovi universi in perenne nascita con leggi fisiche e dimensioni diverse fino al disegno intelligente di qualcosa che si pone fuori dalla creazione che di cui ne è anzi opera.
A questo punto il cammino per scoprire cosa c’era prima del Big Bang si fa incerto, senza l’appoggio di un bastone affidabile come la scienza, quale percorso scegliere? 

Note:

Breve storia dell’Universo

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La storia dell'Universo. Credit:grandunificationtheory.com

La storia dell’Universo.
Credit:grandunificationtheory.com

Sono nato quasi 14 miliardi di anni fa, minuto più, minuto meno, nel nulla più assoluto: non c’era alcuno spazio intorno a me e nessun tempo da misurare, quelli li ho creati io.

Fu un gran bel botto ma non c’erano orecchie per sentirlo, non le avevo ancora create.
Nacqui pieno di energia, una energia ancora misteriosa che neppure il più potente acceleratore di particelle o il più massiccio quasar potrà mai ricreare.

Eppure nell’arco di appena una frazione infinitesimale di un secondo la mia energia scemò fratturandosi in quattro forze che sono l’una lo specchio dell’altra, tutte alquanto simili ma molto diverse tra loro, mentre momentaneamente mi espandevo più veloce della luce.
Subito dopo una parte della mia energia si  tramutò in materia e antimateria, che però non si sopportavano e scontrandosi si annichilivano. Ma tra le pieghe delle leggi con cui ero nato era nascosto il segreto che avrebbe permesso alla materia di uscire vittoriosa dallo scontro con l’antimateria.

Ne il primo, turbolento secondo la mia materia primordiale si raffreddò e si diluì nello spazio che via via stavo creando fino a che, dopo appena tre minuti, le mie particelle fondamentali si riunirono in particelle più complesse e in trecentomila anni in atomi.

Ora la materia increspava lo spazio curvandolo con il suo stesso  peso creando i presupposti per il mio aspetto attuale: enormi filamenti, ponti che attraversavano tutto lo spazio vuoto come il tessuto di una spugna. 

Dopo appena un miliardo di anni questi filamenti collassarono in gigantesche nubi, le protogalassie, che a loro volta si frammentarono in nubi più piccole che formarono le prime stelle.
Dai tempi in cui energia e materia erano unite tutto lo spazio risplendeva di luce blu, ma purtroppo ancora non c’erano occhi che mi potessero vedere.
Ben presto quelle magnifiche stelle blu esplosero disseminando tutto intorno a loro i semi che avrebbero costruito nuove generazioni di stelle e pianeti.

Finalmente in qualche angolo  remoto di me stesso, con quegli elementi che adesso erano parte di me, mi evolsi ancora una volta: in Vita.
Per la prima volta in 13 miliardi di anni stavo per prendere coscienza di me stesso. Avevo creato occhi per vedermi e orecchie per sentire il mio respiro. Un cervello per pensare e intelligenza per comprendermi. 

Intanto, continuo ancora ad espandermi ….

 

 

Tre piccoli fotoni svelano la natura dell’Universo

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Tanto tempo fa in una galassia lontana lontana …

… tre piccoli fotoni gamma – di quelli che vengono prodotti dal collasso di una stella molto grande – partirono per un lungo viaggio attraverso le sterminate praterie cosmiche promettendosi di non perdersi mai di vista …

Tre piccoli fotoni in vacanza 🙂
Credit: Il Poliedrico

Il viaggio dei tre fotoni è durato oltre 7 miliardi di anni, e per quanto sembri banale, ci ha svelato molte cose sulla natura del Cosmo che neppure il più sofisticato acceleratore di particelle probabilmente potrebbe mai dirci 1.

Ma facciamo un passo indietro.
Einstein e la sua Relatività Generale ci hanno spiegato che lo Spazio e il Tempo sono in realtà un’unica cosa e che la materia curva questo tessuto sotto il suo peso a qualsiasi scala la si guardi.
Al contrario, la Meccanica Quantistica ci spiega che a scale molto piccole come la scala di Panck – un  miliardesimo di miliardesimo del diametro di un elettrone.  – il tessuto dello spazio-tempo non è lineare come vuole la Relatività Generale ma diventa indistinto e spumoso con 5, 6 7 dimensioni strettamente arrotolate su sé stesse, fino a 15 o 20 per alcune teorie quanto-relativistiche.
È infatti questo il vero scoglio che rende inconciliabili la Relatività Generale e la Meccanica Quantistica: il modo di descrivere il tessuto dello spazio-tempo.

Diversi anni fa un brillante ricercatore italiano, Giovanni Amelino-Camelia, fisico teorico alla Sapienza di Roma, propose di un interessante modo di indagare nell’infinitamente piccolo: guardare verso l’infinitamente grande.
Il concetto di fondo è che gli effetti microscopici possono essere misurati più facilmente su scale macroscopiche. Ad esempio gli effetti microscopici del tessuto dello spazio-tempo sui nostri tre fotoni dovrebbero, per effetto dell’enorme viaggio percorso, essere amplificati fino a renderli rilevabili con gli strumenti oggi a disposizione.
In pratica, la luce si dovrebbe disperdere in diversi colori mentre compie il suo viaggio attraverso l’universo dal tessuto dello spazio, così come si diffonde nelle diverse lunghezze d’onda quando passa attraverso la struttura cristallina di un prisma.

 Nel maggio 2009 il Fermi Gamma Ray Space Telescope intercettò uno di questi lampi gamma registrando appunto i nostri tre piccoli fotoni.
Robert Nemiroff 2  astrofisico presso il Michigan Technological University, ha esaminato questi dati scoprendo appunto le tracce del passaggio dei tre quanti ad altissima energia – oltre 1 Gev, due all’interno dello stesso millisecondo, e un terzo ad appena un altro millisecondo dietro ai primi due.
Ora è improbabile che i fotoni siano stati emessi da lampi gamma diversi o da tempi diversi dello stesso fenomeno, per cui è ragionevole credere che i tre siano stati generati simultaneamente dallo stesso fenomeno, pertanto questi hanno percorso 7 miliardi di anni luce senza venire dispersi o diffusi dalla materia ordinaria – che ne avrebbe inevitabilmente alterato l’impronta energetica – percorrendo liberamente tutto lo spazio tra la Terra e la sorgente.
E questo è esattamente il tipo di radiazioni che il fisico italiano proponeva di cercare e studiare.

I risultati di Nemiroff pubblicati su Physical Review Letters 3 pongono un limite agli effetti dispersivi dello spazio dovuti alla schiuma prevista dalle teorie della Relatività Quantistica fino a energie e scale prossime alla massa di Planck.
Un limite che una futura Teoria del Tutto non può non tenerne conto.
A meno di incredibili coincidenze, ecco come tre piccoli fotoni possono aiutare a capire la natura più intima dell’Universo.

Altri riferimenti:

 

Buchi neri di un altro universo?

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Distribuzione spaziale di 2074 GRBs osservati da BATSE, strumento a bordo del Compton Gamma Ray Observatory – Credit: Wikipedia .

Nel 1973 uno dei satelliti spia americani incaricati della sorveglianza degli esperimenti atomici Vela, registrò il primo lampo in luce gamma mai registrato nella storia dell’astronautica.
Fu però nel 1991 con il lancio del Compton Gamma Ray Observatory che la ricerca scientifica sui Gamma Ray Burst (GRB) potè progredire. Si scoprì che questi lampi – o almeno quasi tutti – non erano di origine galattica 1.

L’energia prodotta da un lampo gamma è enorme e nel corso degli anni sono tate proposte diversi meccanismi che possono innescare l’GRB, un po’ come avviene per le supernovae che si differenziano nel tipo di emissione luminosa a seconda dell’evento che ne è responsabile.

Animazione di una Collasar (click sull’immagine) Credit: NASA

Uno di questi è il modello Collapsar, ossia gigantesche stelle molto povere di metalli, con una massa attorno alle 40 masse solari e un momento angolare molto elevato che al termine della loro esistenza esplodono in supernova e il loro nucleo diventa un buco nero.
La materia degli strati esterni della stella precipita dentro il buco nero  appena formato creando un piccolo e densissimo disco di accrescimento. A questo punto si formano due getti di materia lungo l’asse di rotazione della precedente stella diventata buco nero; materia che ha velocità relativistiche pari 0,9999 c  e che rilascia la sua energia sotto forma di raggi gamma fortemente collimati, osservabili quindi da un osservatore che si trova lungo  il loro percorso.

La radiazione di Hawking
La Radiazione di Hawking viene prodotta in prossimità dell’orizzonte degli eventi di un buco nero dalle continue fluttuazioni quantistiche del vuoto che generano coppie di particelle virtuali 2 che si annichiliscono normalmente subito dopo essersi formate  (per questo non viene violato il 1° principio della termodinamica). Quando una coppia di particelle si forma vicino all’orizzonte degli eventi una di queste può cadere nel buco nero mentre l’altra sfugge e diventa reale; quella che cade è l’opposto della particella sfuggita, così il buco nero è in difetto di massa rispetto all’universo e quindi evapora.

Stelle con queste caratteristiche erano molto comuni all’inizio dell’Universo, quando era molto più piccolo di oggi.
Questo spiegherebbe anche la relativa isotropia, ossia l’uniformità nella distribuzione di questi lampi gamma nel cielo senza alcuna preferenza particolare per una qualsiasi direzione, osservata.

Anche altri modelli, non mutualmente escludibili secondo me, sono stati proposti per spiegare i GRB: dalla fusione di due  stelle di neutroni fino all’evaporazione di buchi neri primordiali 3 per effetto della Radiazione di Hawking.

La velocità di evaporazione prevista dalle equazioni di Hawking per un buco nero è inversamente  proporzionale alla sua massa, questo significa che questi buchi neri primordiali stanno terminando la loro esistenza circa in questo momento della storia dell’Universo e – almeno una parte – dei GRB osservati potrebbe essere il lampo di radiazione gamma che testimonia la fine di un buco nero primordiale 4.

Ma per due cosmologi, Bernard Carr della Queen Mary University di Londra e Alan Coley della Dalhousie University in Canada, oltre ai buchi neri primordiali dovremmo tenere conto anche di un’altra classe di buchi neri che non sono di questo universo ma addirittura di quello precedente, creatosi cioè prima del Big Bang attuale 5.

Il modello dell’universo ciclico – Credit: HowStuffWorks

Esiste una teoria cosmologica chiamata Universo Ciclico 6, che vuole che il nostro Universo sia nato da un altro universo che ha subito un precedente Big Crunch. Dopo il collasso avvenuto per contrazione gravitazionale, tutta la materia del precedente universo contratto fino a diventare una singolarità, rimbalza, creando un nuovo universo – il nostro – passando sempre da un Big Bang. Per questa teoria anche il nostro Universo alla fine dovrà ricomporsi in una singolarità per dar modo a un nuovo universo – successivo al nostro – di nascere.
Anche se la teoria dell’Universo  Ciclico fosse vera 7 e tutta la materia e l’energia dell’universo precedente è confluita in un punto per poi risorgere in un nuovo Big Bang, perché anche tutta l’informazione dello stato precedente non è andata distrutta?
Per i due scienziati i buchi neri che possono essersi generati nel precedente universo prima del Big Crunch possono essere sopravvissuti al Big Bang e essersi diffusi nell’attuale Universo preservando quindi l’informazione dell’universo precedente 8.
La massa di questi buchi neri pre-crunch sarebbe paragonabile a quella dei buchi neri primordiali del nostro Universo: da  qualche centinaio di milioni di chilogrammi fino a una massa solare. Praticamente i buchi neri con questo range di masse sarebbero riusciti a preservare la loro struttura rimanendo separati dalla singolarità creata dal Big Crunch e riuscendo a sopravvivere nel successivo Big Bang, penetrando così nel nuovo universo.

Anche il padre dei twistori Roger Penrose affermò di scorgere gli echi di onde gravitazionali di un universo precedente sotto forma di impronte nella radiazione cosmica di fondo, rimettendo in dubbio l’attuale modello inflattivo largamente accettato in cosmologia.

Certo è che questa ipotesi più che offrire un meccanismo che spieghi l’origine dei GRB, pare offrire lo spunto per una profonda riflessione sulla cosmologia e la fisica. Vera o sbagliata che sia questa ipotesi, è comunque Scienza.