Fonte: articolo riportato dall'InternetE se l'universo fosse asimmetrico?di Lee Billings/Scientific AmericanUn'immagine dell'ammasso di galassie IDCS J1426,situato a 10 miliardi di anni luce da noi (©ESA/Hubble)Una nuova analisi basata sulla distribuzione degli ammassidi galassie in tutto il cielo e fino a 5 miliardi di anni luce danoi mostra che alcuni sono più lontani o più vicini di quantoci si aspetterebbe se l'espansione dell'universo fosse ugualein tutte le direzioni.Se fosse confermato, il risultato minerebbe le fondamentadella fisica, ma molti esperti sono scettici.Secondo i principi chiave della fisica moderna, il cosmo è"isotropo" su scala di molti miliardi di anni luce, il che significache dovrebbe avere lo stesso aspetto e lo stesso comportamentoin qualunque direzione lo si osservi.A partire dal big bang di quasi 14 miliardi di anni fa, l'universoavrebbe dovuto espandersi in modo identico ovunque.E questo presupposto è in accordo con ciò che gli astronomiverificano quando osservano la liscia uniformità della luce del bigbang: il fondo cosmico a microonde (cosmic background radiation,CMB).Ora, tuttavia, una survey a raggi X delle distanze degli ammassi digalassie in tutto il cielo suggerisce che alcuni sono significativamentepiù vicini o più lontani di quanto l'isotropia possa far prevedere.Questa scoperta potrebbe essere un segno che l'universo è in realtà"anisotropo": si espande più velocemente in alcune regioni che inaltre.Chiedo scusa a chiunque sia alla ricerca di una scusa cosmica per leproprie disgrazie, ma forse l'universo non è poi così privo didirezione.Questa possibile prova dell'anisotropia viene da un gruppointernazionale di ricerca guidato dall'astronomo Konstantinos Migkas,dell'Università di Bonn in Germania.E si basa su dati nuovi o diarchivio relativi a quasi 850 ammassidi galassie visti dall'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA,dal satellite XMMM-Newton dell'Agenzia Spaziale Europea e dalsatellite giapponese Advanced Satellite for Cosmology andAstrophysics.Lo studio, apparso nel numero di aprile di "Astronomy andAstrophyisics", tratta ogni ammasso un po' come un faro,stimandone le distanze in base a quanto appare luminosood oscuro ogni singolo ammasso.Misurando il tipo e la quantità di raggi X emessi dal gas caldoe rarefatto che circonda un determinato ammasso, il gruppoha potuto determinare la temperatura di quel gas.In questo modo, i ricercatori sono riusciti a stimare laluminosità nei raggi X dell'ammasso e quindi la sua distanza.Successivamente, hanno calcolato la luminosità di ciascunammasso attraverso una tecnica separata che si basava, inparte, su determinazioni preesistenti del tasso di espansionedell'universo.Il confronto tra i due valori indipendenti di luminosità degliammassi ha permesso a Migkas e ai suoi colleghi di indagarele potenziali deviazioni del tasso di espansione dell'universoin tutto il cielo e di scoprire due regioni in cui gli ammassierano del 30 per cento circa più luminosi o più deboli (e quindipotenzialmente più vicini o più lontani) del previsto."Siamo riusciti a individuare una regione che sembra espandersipiù lentamente del resto dell'universo e una che sembraespandersi più velocemente", dice Migkas."Ci sono anche molti studi su supernovae ottiche e su galassiea infrarossi che hanno rilevato anisotropie simili nelle stessedirezioni.E ci sono anche molti studi con serie di dati simili che nonmostrano alcuna anisotropia! Pertanto, la situazione è ancoraincerta.Non sosteniamo di conoscere l'origine delle anisotropie,ma solo che ci sono".Un'anisotropia sorprendente e deprimenteUn universo anisotropo minerebbe le fondamenta della fisica,richiedendo importanti revisioni del pensiero attuale sull'evoluzionecosmica."Se[la crescita dell'universo fosse effettivamente diversa indiverse direzioni, si aprirebbe una nuova falla nell'ipotesicosmologica sull'omogeneità dell'espansione su porzioni di spaziosufficientemente grandi", dice Megan Donahue, astrofisica dellaMichigan State University che non era coinvolta nello studio.Un'espansione asimmetrica "sarebbe stupefacente e deprimente",aggiunge, perché suggerirebbe che la nostra comprensionedella struttura e dell'evoluzione su larga scala dell'universo èprofondamente - forse irrimediabilmente - incompleta.Per spiegare una cosa del genere - e per conciliarla con l'isotropiaquasi perfetta vista nel fondo cosmico a microonde - i cosmologipotrebbero ricorrere all'energia oscura, la misteriosa forza chedetermina l'espansione accelerata dell'universo.Forse, in qualche epoca intermedia nell'ampio intervallo di tempotra l'immagine del fondo a microonde dell'universo "primordiale"e quella dell'universo " maturo" degli ultimi miliardi di anni, glieffetti dell'energia oscura si sono intensificati in alcune partispecifiche del cosmo, provocando un'espansione asimmetrica."Sarebbe notevole se si scoprisse che l'energia oscura ha diverseintensità in differenti parti dell'universo", ha detto il coautoredello studio, Thomas Reiprich dell'Università di Bonn in unarecente dichiarazione."Tuttavia, sarebbero necessarie molte più prove per escluderealtre spiegazioni e formulare un quadro convincente".In alternativa, l'universo potrebbe non essere affatto asimme-trico: gli ammassi di galassie aberranti potrebbero essere coinvoltiin un "flusso di massa", trascinati fuori posto dall'attrazionegravitazionale di ammassi ancora più grandi e lontani, un po'come le barche travolte dalla corrente impetuosa di un fiume.Ma la maggior parte dei cosmologi non si aspettava che siverificassero flussi di massa alle scale estremamente grandiindagate dallo studio, in cui sono state condotte misurazionifino a circa cinque miliardi di anni luce di distanza.Una mappa a cielo aperto che mostra come potrebbe essereun'espansione asimmetrica dell'universo, basata sulle survey araggi X di centinaia di ammassi di galassie.Le tonalità giallo arancione indicano un tasso di espansione piùveloce del previsto.I colori viola-nero corrispondono a un'espansione più lentadel previsto (K. Migkas et al. 2020-CC BY-SA 3.0 IGO)"Potrebbe trattarsi benissimo di un flusso di massa", diceMigkas."Ma anche questo sarebbe molto importante, semplicementeperché la maggior parte degli studi non ne tiene conto!Qualsiasi flusso di massa esistente potrebbe influenzare pesante-mente i nostri risultati e le misurazioni, se non si apportano lecorrezioni dovute a questi movimenti in modo appropriato".Punti ciechi cosmiciLa spiegazione più ovvia, naturalmente, sarebbe che le apparentiasimmetrie nella distribuzione spaziale dei cluster sono dovutea difetti nei dati o nella loro analisi.Ma anche questo scenario potrebbe richiedere agli scienziati diaggiornare la loro conoscenza di come gli errori si insinuanonei loro più accurati calcoli delle distanze cosmiche."E' da un po' di tempo che gli studi che utilizzano gli ammassicome riferimenti cosmologici forniscono risultati scorretti", diceAdam Riess, astronomo della Johns Hopkins University, chenon fa parte del gruppo di Migkas, citando le recenti analisi dialtri ricercatori che evidenziano le incongruenze tra il lavorobasato sugli ammassi e quello basato sulle altre tecniche di misura-zione.Tali incongruenze suggeriscono che le correlazioni tra la tempera-tura dei raggi X di un ammasso di galassie e la sua luminositànon sono così chiare come i ricercatori vorrebbero.Inoltre, dice Riess, ci sono altri potenziali problemi da affrontareproprio qui nella Via Lattea: in particolare, il disco pieno di gas epolveri della nostra galassia, che oscura in vari modi fastidiosi lavisione del cosmo più ampio da parte degli astronomi.Potrebbe non essere una coincidenza, dice, che la regione con lapiù grande anisotropia cosmica apparente identificata da Migkase dai suoi colleghi confina con il luogo dove sono più spessi i gase le polveri che assorbono i raggi X della Via Lattea."Essi affermano che la direzione dell'universo che appareproblematica è proprio nel nostro punto cieco", aggiunge Riess."Sembra sospetto!".Anche David Spergel, cosmologo della Princeton University edel Flatiron Institute di New York City, sospetta che ci sianoerrori nelle misurazioni basate sugli ammassi, in parte perchémolte altre tecniche forniscono risultati fortemente contrastanti."Questo articolo sarebbe molto importante se fosse vero, maè molto improbabile che lo sia", dice."Abbiamo molti test molto più accurati dell'anisotropia basatisulle osservazioni del fondo cosmico a microonde e della strut-tura su larga scala.Queste osservazioni sono più semplici, più pulite e sono stateriprodotte in molti modi diversi".Le anisotropie alla scala suggerita dal nuovo studio, dice, portereb-bero a fluttuazioni nella fondo a microonde mille volte più luminosedi quelle osservate dagli astronomi.Ciononostante, Migkas e i suoi colleghi sostengono che pronunciarsidecisamente contro o a favore di un universo asimmetrico richiedeulteriori e più complete prove sulla struttura cosmica su larga scala.Ora sono alla ricerca di ulteriori indizi di anisotropia dell'ammassodi galassie all'interno delle mappe del fondo cosmico a microondee cercano di convalidare i loro studi sull'ammasso basati sui raggi Xcon osservazioni complementari negli infrarossi.I risultati conclusivi potrebbero infine provenire da nuovi telescopispaziali - come eROSITA, un osservatorio a raggi X tedesco-russo,o la prossima missione Euclide dell'Agenzia Spaziale Europea -che condurranno survey più profonde e più ampie degli ammassiin tutto il cielo."In generale, crediamo che sempre più persone dovrebberostudiare l'isotropia dell'universo e trovare nuovi metodi e strumentiper farlo, considerando l'enorme significato che questo ha per lacosmologia standard", dice Migkas."Sarebbe bello se sapessimo, una volta per tutte, se l'ultimouniverso ha un aspetto isotropo o meno".(L'originale di questo articolo è stato pubblicato su"Scientific American" il 15 aprile 2020. Traduzioneed editing a cura di Le Scienze.Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)
L'universo asimmetrico?
Fonte: articolo riportato dall'InternetE se l'universo fosse asimmetrico?di Lee Billings/Scientific AmericanUn'immagine dell'ammasso di galassie IDCS J1426,situato a 10 miliardi di anni luce da noi (©ESA/Hubble)Una nuova analisi basata sulla distribuzione degli ammassidi galassie in tutto il cielo e fino a 5 miliardi di anni luce danoi mostra che alcuni sono più lontani o più vicini di quantoci si aspetterebbe se l'espansione dell'universo fosse ugualein tutte le direzioni.Se fosse confermato, il risultato minerebbe le fondamentadella fisica, ma molti esperti sono scettici.Secondo i principi chiave della fisica moderna, il cosmo è"isotropo" su scala di molti miliardi di anni luce, il che significache dovrebbe avere lo stesso aspetto e lo stesso comportamentoin qualunque direzione lo si osservi.A partire dal big bang di quasi 14 miliardi di anni fa, l'universoavrebbe dovuto espandersi in modo identico ovunque.E questo presupposto è in accordo con ciò che gli astronomiverificano quando osservano la liscia uniformità della luce del bigbang: il fondo cosmico a microonde (cosmic background radiation,CMB).Ora, tuttavia, una survey a raggi X delle distanze degli ammassi digalassie in tutto il cielo suggerisce che alcuni sono significativamentepiù vicini o più lontani di quanto l'isotropia possa far prevedere.Questa scoperta potrebbe essere un segno che l'universo è in realtà"anisotropo": si espande più velocemente in alcune regioni che inaltre.Chiedo scusa a chiunque sia alla ricerca di una scusa cosmica per leproprie disgrazie, ma forse l'universo non è poi così privo didirezione.Questa possibile prova dell'anisotropia viene da un gruppointernazionale di ricerca guidato dall'astronomo Konstantinos Migkas,dell'Università di Bonn in Germania.E si basa su dati nuovi o diarchivio relativi a quasi 850 ammassidi galassie visti dall'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA,dal satellite XMMM-Newton dell'Agenzia Spaziale Europea e dalsatellite giapponese Advanced Satellite for Cosmology andAstrophysics.Lo studio, apparso nel numero di aprile di "Astronomy andAstrophyisics", tratta ogni ammasso un po' come un faro,stimandone le distanze in base a quanto appare luminosood oscuro ogni singolo ammasso.Misurando il tipo e la quantità di raggi X emessi dal gas caldoe rarefatto che circonda un determinato ammasso, il gruppoha potuto determinare la temperatura di quel gas.In questo modo, i ricercatori sono riusciti a stimare laluminosità nei raggi X dell'ammasso e quindi la sua distanza.Successivamente, hanno calcolato la luminosità di ciascunammasso attraverso una tecnica separata che si basava, inparte, su determinazioni preesistenti del tasso di espansionedell'universo.Il confronto tra i due valori indipendenti di luminosità degliammassi ha permesso a Migkas e ai suoi colleghi di indagarele potenziali deviazioni del tasso di espansione dell'universoin tutto il cielo e di scoprire due regioni in cui gli ammassierano del 30 per cento circa più luminosi o più deboli (e quindipotenzialmente più vicini o più lontani) del previsto."Siamo riusciti a individuare una regione che sembra espandersipiù lentamente del resto dell'universo e una che sembraespandersi più velocemente", dice Migkas."Ci sono anche molti studi su supernovae ottiche e su galassiea infrarossi che hanno rilevato anisotropie simili nelle stessedirezioni.E ci sono anche molti studi con serie di dati simili che nonmostrano alcuna anisotropia! Pertanto, la situazione è ancoraincerta.Non sosteniamo di conoscere l'origine delle anisotropie,ma solo che ci sono".Un'anisotropia sorprendente e deprimenteUn universo anisotropo minerebbe le fondamenta della fisica,richiedendo importanti revisioni del pensiero attuale sull'evoluzionecosmica."Se[la crescita dell'universo fosse effettivamente diversa indiverse direzioni, si aprirebbe una nuova falla nell'ipotesicosmologica sull'omogeneità dell'espansione su porzioni di spaziosufficientemente grandi", dice Megan Donahue, astrofisica dellaMichigan State University che non era coinvolta nello studio.Un'espansione asimmetrica "sarebbe stupefacente e deprimente",aggiunge, perché suggerirebbe che la nostra comprensionedella struttura e dell'evoluzione su larga scala dell'universo èprofondamente - forse irrimediabilmente - incompleta.Per spiegare una cosa del genere - e per conciliarla con l'isotropiaquasi perfetta vista nel fondo cosmico a microonde - i cosmologipotrebbero ricorrere all'energia oscura, la misteriosa forza chedetermina l'espansione accelerata dell'universo.Forse, in qualche epoca intermedia nell'ampio intervallo di tempotra l'immagine del fondo a microonde dell'universo "primordiale"e quella dell'universo " maturo" degli ultimi miliardi di anni, glieffetti dell'energia oscura si sono intensificati in alcune partispecifiche del cosmo, provocando un'espansione asimmetrica."Sarebbe notevole se si scoprisse che l'energia oscura ha diverseintensità in differenti parti dell'universo", ha detto il coautoredello studio, Thomas Reiprich dell'Università di Bonn in unarecente dichiarazione."Tuttavia, sarebbero necessarie molte più prove per escluderealtre spiegazioni e formulare un quadro convincente".In alternativa, l'universo potrebbe non essere affatto asimme-trico: gli ammassi di galassie aberranti potrebbero essere coinvoltiin un "flusso di massa", trascinati fuori posto dall'attrazionegravitazionale di ammassi ancora più grandi e lontani, un po'come le barche travolte dalla corrente impetuosa di un fiume.Ma la maggior parte dei cosmologi non si aspettava che siverificassero flussi di massa alle scale estremamente grandiindagate dallo studio, in cui sono state condotte misurazionifino a circa cinque miliardi di anni luce di distanza.Una mappa a cielo aperto che mostra come potrebbe essereun'espansione asimmetrica dell'universo, basata sulle survey araggi X di centinaia di ammassi di galassie.Le tonalità giallo arancione indicano un tasso di espansione piùveloce del previsto.I colori viola-nero corrispondono a un'espansione più lentadel previsto (K. Migkas et al. 2020-CC BY-SA 3.0 IGO)"Potrebbe trattarsi benissimo di un flusso di massa", diceMigkas."Ma anche questo sarebbe molto importante, semplicementeperché la maggior parte degli studi non ne tiene conto!Qualsiasi flusso di massa esistente potrebbe influenzare pesante-mente i nostri risultati e le misurazioni, se non si apportano lecorrezioni dovute a questi movimenti in modo appropriato".Punti ciechi cosmiciLa spiegazione più ovvia, naturalmente, sarebbe che le apparentiasimmetrie nella distribuzione spaziale dei cluster sono dovutea difetti nei dati o nella loro analisi.Ma anche questo scenario potrebbe richiedere agli scienziati diaggiornare la loro conoscenza di come gli errori si insinuanonei loro più accurati calcoli delle distanze cosmiche."E' da un po' di tempo che gli studi che utilizzano gli ammassicome riferimenti cosmologici forniscono risultati scorretti", diceAdam Riess, astronomo della Johns Hopkins University, chenon fa parte del gruppo di Migkas, citando le recenti analisi dialtri ricercatori che evidenziano le incongruenze tra il lavorobasato sugli ammassi e quello basato sulle altre tecniche di misura-zione.Tali incongruenze suggeriscono che le correlazioni tra la tempera-tura dei raggi X di un ammasso di galassie e la sua luminositànon sono così chiare come i ricercatori vorrebbero.Inoltre, dice Riess, ci sono altri potenziali problemi da affrontareproprio qui nella Via Lattea: in particolare, il disco pieno di gas epolveri della nostra galassia, che oscura in vari modi fastidiosi lavisione del cosmo più ampio da parte degli astronomi.Potrebbe non essere una coincidenza, dice, che la regione con lapiù grande anisotropia cosmica apparente identificata da Migkase dai suoi colleghi confina con il luogo dove sono più spessi i gase le polveri che assorbono i raggi X della Via Lattea."Essi affermano che la direzione dell'universo che appareproblematica è proprio nel nostro punto cieco", aggiunge Riess."Sembra sospetto!".Anche David Spergel, cosmologo della Princeton University edel Flatiron Institute di New York City, sospetta che ci sianoerrori nelle misurazioni basate sugli ammassi, in parte perchémolte altre tecniche forniscono risultati fortemente contrastanti."Questo articolo sarebbe molto importante se fosse vero, maè molto improbabile che lo sia", dice."Abbiamo molti test molto più accurati dell'anisotropia basatisulle osservazioni del fondo cosmico a microonde e della strut-tura su larga scala.Queste osservazioni sono più semplici, più pulite e sono stateriprodotte in molti modi diversi".Le anisotropie alla scala suggerita dal nuovo studio, dice, portereb-bero a fluttuazioni nella fondo a microonde mille volte più luminosedi quelle osservate dagli astronomi.Ciononostante, Migkas e i suoi colleghi sostengono che pronunciarsidecisamente contro o a favore di un universo asimmetrico richiedeulteriori e più complete prove sulla struttura cosmica su larga scala.Ora sono alla ricerca di ulteriori indizi di anisotropia dell'ammassodi galassie all'interno delle mappe del fondo cosmico a microondee cercano di convalidare i loro studi sull'ammasso basati sui raggi Xcon osservazioni complementari negli infrarossi.I risultati conclusivi potrebbero infine provenire da nuovi telescopispaziali - come eROSITA, un osservatorio a raggi X tedesco-russo,o la prossima missione Euclide dell'Agenzia Spaziale Europea -che condurranno survey più profonde e più ampie degli ammassiin tutto il cielo."In generale, crediamo che sempre più persone dovrebberostudiare l'isotropia dell'universo e trovare nuovi metodi e strumentiper farlo, considerando l'enorme significato che questo ha per lacosmologia standard", dice Migkas."Sarebbe bello se sapessimo, una volta per tutte, se l'ultimouniverso ha un aspetto isotropo o meno".(L'originale di questo articolo è stato pubblicato su"Scientific American" il 15 aprile 2020. Traduzioneed editing a cura di Le Scienze.Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)