CERN Accelerare la scienza

Il Big Bang

Nel 1929 l’astronomo americano Edwin Hubble scoprì che le distanze delle galassie lontane erano proporzionali al loro redshift. Il redshift si verifica quando una sorgente di luce si allontana dal suo osservatore: la lunghezza d’onda apparente della luce viene allungata per effetto Doppler verso la parte rossa dello spettro. L’osservazione di Hubble implicava che le galassie lontane si stavano allontanando da noi, poiché le galassie più lontane avevano le velocità apparenti più elevate. Se le galassie si stanno allontanando da noi, ragionò Hubble, allora in un certo periodo del passato, devono essere state raggruppate vicine.

La scoperta di Hubble fu il primo supporto osservativo alla teoria del Big Bang dell’universo di Georges Lemaître, proposta nel 1927. Lemaître propose che l’universo si espanse in modo esplosivo da uno stato estremamente denso e caldo, e continua ad espandersi ancora oggi. Calcoli successivi hanno datato questo Big Bang a circa 13,7 miliardi di anni fa. Nel 1998 due squadre di astronomi che lavoravano indipendentemente a Berkeley, in California, osservarono che le supernovae – stelle che esplodevano – si allontanavano dalla Terra ad una velocità crescente. Questo è valso loro il premio Nobel per la fisica nel 2011. I fisici avevano ipotizzato che la materia nell’universo avrebbe rallentato la sua velocità di espansione; la gravità alla fine avrebbe fatto ricadere l’universo sul suo centro. Anche se la teoria del Big Bang non può descrivere quali fossero le condizioni all’inizio dell’universo, può aiutare i fisici a descrivere i primi momenti dopo l’inizio dell’espansione.

Origini

Nei primi momenti dopo il Big Bang, l’universo era estremamente caldo e denso. Mentre l’universo si raffreddava, le condizioni divennero giuste per dare origine agli elementi costitutivi della materia – i quark e gli elettroni di cui siamo fatti. Qualche milionesimo di secondo dopo, i quark si aggregarono per produrre protoni e neutroni. In pochi minuti, questi protoni e neutroni si combinarono in nuclei. Mentre l’universo continuava ad espandersi e a raffreddarsi, le cose cominciarono ad accadere più lentamente. Ci vollero 380.000 anni perché gli elettroni fossero intrappolati in orbite intorno ai nuclei, formando i primi atomi. Questi erano principalmente elio e idrogeno, che sono ancora di gran lunga gli elementi più abbondanti nell’universo. Le osservazioni attuali suggeriscono che le prime stelle si sono formate da nubi di gas circa 150-200 milioni di anni dopo il Big Bang. Gli atomi più pesanti, come il carbonio, l’ossigeno e il ferro, da allora sono stati continuamente prodotti nel cuore delle stelle e catapultati in tutto l’universo in spettacolari esplosioni stellari chiamate supernovae.

Ma le stelle e le galassie non raccontano tutta la storia. I calcoli astronomici e fisici suggeriscono che l’universo visibile è solo una minima parte (4%) di ciò di cui l’universo è effettivamente fatto. Una frazione molto grande dell’universo, in effetti il 26%, è fatta di un tipo sconosciuto di materia chiamata “materia oscura”. A differenza delle stelle e delle galassie, la materia oscura non emette alcuna luce o radiazione elettromagnetica di alcun tipo, così che possiamo rilevarla solo attraverso i suoi effetti gravitazionali.

Una forma ancora più misteriosa di energia chiamata “energia oscura” rappresenta circa il 70% del contenuto di massa-energia dell’universo. Se ne sa ancora meno della materia oscura. Questa idea nasce dall’osservazione che tutte le galassie sembrano allontanarsi l’una dall’altra ad un ritmo crescente, il che implica che qualche invisibile energia extra è al lavoro.

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *