Fonte: articolo riportato dall'Internet17 aprile 2020E 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 degliammassi di galassie in tutto il cielo e fino a 5 miliardidi anni luce da noi mostra che alcuni sono più lontani opiù vicini di quanto ci si aspetterebbe se l'espansionedell'universo fosse uguale in tutte le direzioni.Se fosse confermato, il risultato minerebbe le fondamentadella fisica, ma molti esperti sono scettici.COSMOLOGIA ASTROFISICA ASTRONOMIASe la tua vita a volte sembra non avere una direzione, potrestilegittimamente dare la colpa all'universo.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 lucedel big bang: il fondo cosmico a microonde(cosmic background radiation, CMB).Ora, tuttavia, una survey a raggi X delle distanze degliammassi di galassie in tutto il cielo suggerisce che alcunisono significativamente più vicini o più lontani di quantol'isotropia possa far prevedere.Questa scoperta potrebbe essere un segno che l'universo è inrealtà "anisotropo": si espande più velocemente in alcuneregioni che in altre.Chiedo scusa a chiunque sia alla ricerca di una scusa cosmicaper le proprie disgrazie, ma forse l'universo non è poi cosìprivo di direzione.Questa possibile prova dell'anisotropia viene da un gruppointernazionale di ricerca guidato dall'astronomo KonstantinosMigkas, dell'Università di Bonn in Germania.E si basa su dati nuovi o di archivio relativi a quasi 850ammassi di galassie visti dall'Osservatorio a raggi X Chandradella NASA, dal satellite XMMM-Newton dell'Agenzia SpazialeEuropea e dal satellite giapponese Advanced Satellite forCosmology and Astrophysics.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, masolo che ci sono".Un'anisotropia sorprendente e deprimenteUn universo anisotropominerebbe le fondamenta della fisica, richiedendo importantirevisioni del pensiero attuale sull'evoluzione cosmica."Se[la crescita dell'universo fosse effettivamente diversa in diversedirezioni, si aprirebbe una nuova falla nell'ipotesi cosmologicasull'omogeneità dell'espansione su porzioni di spazio sufficientementegrandi", dice Megan Donahue, astrofisica della Michigan StateUniversity che non era coinvolta nello studio. Un'espansione asimmetrica "sarebbe stupefacente e deprimente", aggiunge,perché suggerirebbe che la nostra comprensione della strutturae dell'evoluzione su larga scala dell'universo è profondamente -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 asimmetrico:gli ammassi di galassie aberranti potrebbero essere coinvolti in un"flusso di massa", trascinati fuori posto dall'attrazione gravitazionaledi ammassi ancora più grandi e lontani, un po' come le barchetravolte dalla corrente impetuosa di un fiume. Ma la maggior partedei cosmologi non si aspettava che si verificassero flussi di massaalle scale estremamente grandi indagate dallo studio, in cui sonostate condotte misurazioni fino a circa cinque miliardi di anni lucedi 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 lenta delprevisto (K. Migkas et al. 2020-CC BY-SA 3.0 IGO)"Potrebbe trattarsi benissimo di un flusso di massa", dice Migkas."Ma anche questo sarebbe molto importante, semplicementeperché la maggior parte degli studi non ne tiene conto!Qualsiasi flusso di massa esistente potrebbe influenzare pesantementei nostri risultati e le misurazioni, se non si apportano le correzionidovute a questi movimenti in modo appropriato".Punti ciechi cosmiciLa spiegazione più ovvia, naturalmente, sarebbeche le apparenti asimmetrie nella distribuzione spaziale dei clustersono dovute a difetti nei dati o nella loro analisi.Ma anche questo scenario potrebbe richiedere agli scienziati diaggiornare la loro conoscenza di come gli errori si insinuano neiloro 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 analisidi altri ricercatori che evidenziano le incongruenze tra il lavorobasato sugli ammassi e quello basato sulle altre tecniche dimisurazione.Tali incongruenze suggeriscono che le correlazioni tra la temperaturadei raggi X di un ammasso di galassie e la sua luminosità non sonocosì 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 strutturasu 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,porterebbero a fluttuazioni nella fondo a microonde mille voltepiù luminose di 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 nuovitelescopi spaziali - come eROSITA, un osservatorio a raggi Xtedesco-russo, o la prossima missione Euclide dell'AgenziaSpaziale Europea - che condurranno survey più profonde epiù ampie degli ammassi in tutto il cielo."In generale, crediamo che sempre più persone dovrebberostudiare l'isotropia dell'universo e trovare nuovi metodi estrumenti per farlo, considerando l'enorme significato chequesto ha per la cosmologia 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 "ScientificAmerican" il 15 aprile 2020. Traduzione ed editing a cura diLe Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)
L'universo asimmetrico?
Fonte: articolo riportato dall'Internet17 aprile 2020E 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 degliammassi di galassie in tutto il cielo e fino a 5 miliardidi anni luce da noi mostra che alcuni sono più lontani opiù vicini di quanto ci si aspetterebbe se l'espansionedell'universo fosse uguale in tutte le direzioni.Se fosse confermato, il risultato minerebbe le fondamentadella fisica, ma molti esperti sono scettici.COSMOLOGIA ASTROFISICA ASTRONOMIASe la tua vita a volte sembra non avere una direzione, potrestilegittimamente dare la colpa all'universo.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 lucedel big bang: il fondo cosmico a microonde(cosmic background radiation, CMB).Ora, tuttavia, una survey a raggi X delle distanze degliammassi di galassie in tutto il cielo suggerisce che alcunisono significativamente più vicini o più lontani di quantol'isotropia possa far prevedere.Questa scoperta potrebbe essere un segno che l'universo è inrealtà "anisotropo": si espande più velocemente in alcuneregioni che in altre.Chiedo scusa a chiunque sia alla ricerca di una scusa cosmicaper le proprie disgrazie, ma forse l'universo non è poi cosìprivo di direzione.Questa possibile prova dell'anisotropia viene da un gruppointernazionale di ricerca guidato dall'astronomo KonstantinosMigkas, dell'Università di Bonn in Germania.E si basa su dati nuovi o di archivio relativi a quasi 850ammassi di galassie visti dall'Osservatorio a raggi X Chandradella NASA, dal satellite XMMM-Newton dell'Agenzia SpazialeEuropea e dal satellite giapponese Advanced Satellite forCosmology and Astrophysics.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, masolo che ci sono".Un'anisotropia sorprendente e deprimenteUn universo anisotropominerebbe le fondamenta della fisica, richiedendo importantirevisioni del pensiero attuale sull'evoluzione cosmica."Se[la crescita dell'universo fosse effettivamente diversa in diversedirezioni, si aprirebbe una nuova falla nell'ipotesi cosmologicasull'omogeneità dell'espansione su porzioni di spazio sufficientementegrandi", dice Megan Donahue, astrofisica della Michigan StateUniversity che non era coinvolta nello studio. Un'espansione asimmetrica "sarebbe stupefacente e deprimente", aggiunge,perché suggerirebbe che la nostra comprensione della strutturae dell'evoluzione su larga scala dell'universo è profondamente -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 asimmetrico:gli ammassi di galassie aberranti potrebbero essere coinvolti in un"flusso di massa", trascinati fuori posto dall'attrazione gravitazionaledi ammassi ancora più grandi e lontani, un po' come le barchetravolte dalla corrente impetuosa di un fiume. Ma la maggior partedei cosmologi non si aspettava che si verificassero flussi di massaalle scale estremamente grandi indagate dallo studio, in cui sonostate condotte misurazioni fino a circa cinque miliardi di anni lucedi 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 lenta delprevisto (K. Migkas et al. 2020-CC BY-SA 3.0 IGO)"Potrebbe trattarsi benissimo di un flusso di massa", dice Migkas."Ma anche questo sarebbe molto importante, semplicementeperché la maggior parte degli studi non ne tiene conto!Qualsiasi flusso di massa esistente potrebbe influenzare pesantementei nostri risultati e le misurazioni, se non si apportano le correzionidovute a questi movimenti in modo appropriato".Punti ciechi cosmiciLa spiegazione più ovvia, naturalmente, sarebbeche le apparenti asimmetrie nella distribuzione spaziale dei clustersono dovute a difetti nei dati o nella loro analisi.Ma anche questo scenario potrebbe richiedere agli scienziati diaggiornare la loro conoscenza di come gli errori si insinuano neiloro 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 analisidi altri ricercatori che evidenziano le incongruenze tra il lavorobasato sugli ammassi e quello basato sulle altre tecniche dimisurazione.Tali incongruenze suggeriscono che le correlazioni tra la temperaturadei raggi X di un ammasso di galassie e la sua luminosità non sonocosì 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 strutturasu 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,porterebbero a fluttuazioni nella fondo a microonde mille voltepiù luminose di 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 nuovitelescopi spaziali - come eROSITA, un osservatorio a raggi Xtedesco-russo, o la prossima missione Euclide dell'AgenziaSpaziale Europea - che condurranno survey più profonde epiù ampie degli ammassi in tutto il cielo."In generale, crediamo che sempre più persone dovrebberostudiare l'isotropia dell'universo e trovare nuovi metodi estrumenti per farlo, considerando l'enorme significato chequesto ha per la cosmologia 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 "ScientificAmerican" il 15 aprile 2020. Traduzione ed editing a cura diLe Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)