Seguimi sui social
Profilo LinkedIn Profilo Facebook Profilo Twitter Profilo Google+
Home > Archivio > Home Universo > Archivio Universo > Big Bang

Big bang

Dal Big Bang ad oggi

Autore: Andrea Pacchiarotti
Website: www.andreapacchiarotti.it
Ultimo aggiornamento: Novembre 2016

Big Bang

Brevissimo excursus storico: le prime teorie cosmologiche furono sviluppate verosimilmente in base a osservazioni del cielo intorno al 4000 a.C. in Mesopotamia ed affermavano che la Terra fosse ferma al centro dell’universo e che i corpi celesti si muovessero lungo orbite stabili intorno ad essa. Una concezione condivisa anche dal filosofo Aristotele (nato in Macedonia nel 384 a.C.) e dall’astronomo Tolomeo (nato in Grecia nel 100), entrambi sostenitori dell’ipotesi di un universo finito, sostanzialmente statico. In particolare quest’ultimo propose un sistema planetario di tipo geocentrico secondo cui il Sole, la Luna, i pianeti e tutta la sfera celeste orbitano intorno alla Terra, fissa al centro dell'universo; questo modello perdurò fino a quando, nel 1543, l’astronomo polacco Niccolò Copernico pubblicò il De revolutionibus orbium coelestium (La rivoluzione delle sfere celesti) in cui propose un modello con i pianeti in moto su orbite circolari intorno al Sole, posto al centro dell’universo. Giudicato eretico dai teologi ed osteggiato dagli scienziati, il sistema copernicano fu confermato nel XVII secolo.
Successivamente l’astronomo e filosofo Giovanni Keplero (nato in Germania nel 1571), sostenitore del sistema copernicano così come Galileo (nato a Pisa nel 1564), enunciò le tre leggi che regolano il moto dei pianeti. Il matematico e fisico britannico Isaac Newton dimostrò la validità generale di queste teorie.

Secondo il modello cosmologico standard del Big Bang la storia dell’universo è iniziata 13,8 miliardi di anni fa con un’immane esplosione di energia a partire da una cosiddetta singolarità ovvero da un punto infinitamente denso di radiazione e materia, tenuto insieme da una forza straordinariamente intensa, non descrivibile con le attuali leggi della fisica, formata dalle quattro forze naturali oggi note (forza di gravitazione, forza elettromagnetica, forza di interazione debole e forza di interazione forte).
Tale teoria trova conferme sperimentali come ad esempio le abbondanze cosmiche del deuterio e dell’elio, l’espansione dell’universo, lo spostamento verso il rosso della luce proveniente da galassie lontane (redshift) e la radiazione cosmica di fondo (o radiazione fossile, il residuo dell’energia presente negli istanti iniziali della grande esplosione); sotto l’aspetto probatorio gli acceleratori di particelle stanno svolgendo un ruolo di primo piano consentendo di ricreare materia allo stato primordiale per studiarla e ricostruire  ciò che è avvenuto nei primissimi istanti successivi al Big Bang.
Al momento dell’esplosione spazio e tempo coincidevano, così come materia ed energia; al di fuori della microscopica singolarità (non più grande di un protone) non esisteva nulla, neanche il tempo, quindi non ha senso domandarsi che c’era prima del Big Bang perché il tempo cominciò a scorrere proprio da quel momento; il cosiddetto processo di inflazione spiega come questo seme si sia espanso e lo stia facendo tuttora da oltre 13 miliardi di anni a partire da un tempo zero.

La fisica quantistica non riesce a definire la geometria dell’Universo nella prima brevissima fase della sua evoluzione (circa 5∙10−43 s), fin quando le sue dimensioni furono inferiori alla lunghezza di Planck (circa 1,6∙10−33 m). L’inflazione spiega infatti gli eventi dal momento in cui l’universo aveva l’età di un decimillesimo di secondo, una temperatura di 1000 miliardi di gradi e una densità pari a un odierno nucleo atomico. Durante la successiva separazione delle quattro forze fondamentali; il fluido era costituito da quark le più piccole particelle elementari ad oggi note, leptoni e fotoni.
A t±100 ms i quark si unirono a gruppi di tre per formare protoni (carica positiva)  e neutroni (carica neutra)
A t±3 minuti ebbe inizio una fase in cui protoni e neutroni si combinarono formando nuclei di idrogeno ed elio.
A t±30 minuti la temperatura dell’universo era di 300 milioni di gradi e la densità inferiore a quella dell’acqua. I nuclei di idrogeno ed elio, dotati di carica elettrica positiva, coesistevano con elettroni liberi (carica negativa). La materia si trovava in uno stato di plasma, come l’interno del Sole oggi.
A t±380.000 anni la temperatura scese sotto i 10000 °C, elettroni e nuclei si combinarono formando atomi di idrogeno, deuterio ed elio. Diminuì l’interazione tra fotoni e materia, la radiazione si disaccoppiò dalla materia e l’Universo divenne trasparente, nel senso che i fotoni della luce potevano passare tra gli atomi; precedentemente materia ed energia erano troppo dense per permetterlo, quindi, prima di 380.000 anni non possiamo vedere l’universo direttamente con i nostri telescopi. La trasformazione di energia in materia fu previsto e quantificato da Einstein nell’equazione E = mc2 dove E=energia, m=massa, c=velocità della luce. Il residuo di questa radiazione fotonica è oggi rilevata dai radiotelescopi a una temperatura di -270 °C (3 °K) come radiazione cosmica di fondo (l’eco del Big Bang); tale radiazione fu individuata nel 1965 dagli scienziati  Arno Allan Penzias e Robert Woodrow Wilson, insigniti del Nobel nel 1978.
A t±200 milioni di anni risale la stella più antica mai scoperta fino ad oggi: si chiama SMSS J031300.36-670839.3, si trova nella nostra galassia ed è visibile nel cielo australe, tra le due Nubi di Magellano; comunque anche HD 140283 situata a circa 190 anni luce dalla Terra e appartenente alla costellazione della Bilancia, è antichissima dato che ha una stima di circa 13,6 miliardi di anni.
A t±600 milioni di anni risale invece la galassia più lontana mai osservata, si chiama EGSY8p7.

Pare che al centro di ogni galassia ci sia un enorme buco nero che nasce nell’esplosioni di stelle più grandi del sole. Si ritiene che all’interno dei buchi neri il tempo si fermi o rallenti, inoltre l’alta densità impedisce l’uscita dei fotoni della luce; altri pensano che conducano verso altre regioni dello stesso universo o di universi paralleli (wormhole).
Le stelle sono raggruppate in gruppi locali di galassie, i vari gruppi locali di galassie in ammassi di galassie, gli ammassi in super ammassi.
Il modello cosmologico standard prevede che i super ammassi siano incorporati in una ragnatela cosmica composta da gas e materia; l’universo sarebbe composto per meno dell’1% da pianeti e stelle, da circa il 4% da gas e da circa il 95% da energia oscura (per ¾) e materia oscura (per ¼). La ragnatela cosmica è stata osservata grazie al telescopio Keck I nelle Hawaii che ha individuato la luce proveniente da un quasar che ha illuminato la rete di filamenti di gas che si estende per circa 2 milioni di anni luce.

La grande muraglia di Ercole è il più grande ammasso di galassie mai osservato per dimensioni e massa dell'universo osservabile che misura oltre 10 miliardi di anni-luce; è seguito dall’ammasso di quasar Huge-LQG, dalla grande muraglia di Sloan e dalla grande muraglia Cf2A
Le costellazioni invece sono un’illusione ottica, utile come carta geografica, un tentativo di raggruppare le stelle in composizioni che hanno originato i segni astrologici.

Scopri di più sulle grandi strutture dell’universo.

In merito alle sorti del processo di espansione dell’universo si hanno 3 ipotesi:
1) si dilata indefinitamente (universo aperto);
2) raggiunge uno stato di equilibrio (universo piatto);
3) inverte il processo di espansione per contrarsi nel cosiddetto Big Crunch (universo chiuso); in tal caso potrebbe verificarsi un rimbalzo, da cui potrebbe originarsi un nuovo Big Bang.
Ad oggi le misurazioni indicano che le galassie si stanno allontanando (nel 1929 Edwin Hubble scoprì che la loro velocità di allontanamento reciproco è direttamente proporzionale alla loro distanza; è la cosiddetta legge di Hubble) e che l’energia oscura stia rendendo l’espansione dell’universo sempre più veloce. Ciò proverebbe proprio che un tempo doveva essere concentrato in un singolo punto.

Per restare aggiornato sulla pubblicazione di nuovi articoli iscriviti gratuitamente alla newsletter

Se invece vuoi condividere questo articolo nella tua Rete sociale, puoi utilizzare i bottoni qui sotto: