Cosmologia all’attacco!

C'? un campo in cui Astronomia e Fisica da sempre si incontrano, ed ? quello della cosmologia. Si stanno infatti moltiplicando i risultati, gli esperimenti in corso e quelli in progettazione per sondare gli aspetti pi? fondamentali dell'Universo…

Questo accade anche giocoforza: per studiare i fenomeni fisici che ancora non conosciamo, occorrerebbero macchine acceleratrici che non siamo in grado di costruire (sia come progettazione, che economicamente). Questo obbliga i fisici delle alte energie a sfruttare le fonti naturali di particelle, come buchi neri, stelle a neutroni, grb, spostando i laboratori in satelliti o sulla Stazione Spaziale Internazionale. D'altra parte, la tecnologia oggi consente di fare misurazioni molto precise, permettendo cos? di verificare o confutare sperimentalmente quelle che fino ad oggi sono state soltanto teorie (il cervello non ha bisogno di macchine e tecnologia per produrre risultati).

Nello specifico, parliamo di un risultato e un esperimento. Il risultato ? stato ottenuto da un indagine condotta tramite i telescopi del VLT e lo spettrometro UVES su un campione di 18 quasars distanti. Osservando gli spettri di assorbimento provenienti da questi oggetti gli astrofisici-cosmologi hanno confutato un precedente risultato secondo il quale una delle costanti fisiche (la costate di struttura fine) avrebbe avuto in passato un valore diverso da quello attuale.

Le costanti fisiche sono – si potrebbe dire – le vere caratteristiche dell'Universo. Infatti, grandezze come massa, temperatura, colore, forma, sono un qualcosa che noi osservatori, astraendo, mettiamo addosso, imponiamo a ci? che stiamo studiando o guardando. Per fare un esempio, il Sole e Marte sono due palle gialle, ma difficilmente si potrebbe dire che siano lo stesso oggetto. La velocit? della luce invece sar? sempre la stessa, per qualunque osservatore, in qualunque modo essa si misuri, e non c'? verso di essere “fraintesi”.

La costante di struttura fine α combina molte leggi fisiche assieme: meccanica

Alcuni quasar visti dal telescopio spaziale Hubble.

quantistica, elettromagnetismo, relativit?, e definisce il modo nel quale la luce interagisce con la materia. Questa costante ? talmente fondamentale che una sua variazione nel tempo farebbe il successo di quelle teorie cosmologiche secondo le quali il nostro Universo conterrebbe 11 dimensioni, soltanto 4 delle quali completamente dipanate (qualunque cosa questo voglia dire); queste “grandi teorie unificate” prevedono una variazione di del valore di α per alte energie (queste ad ora verificate sperimentalmente) e la dipendenza di α dal tempo.

L'esperimento condotto con l'aiuto del VLT ha comunque messo un tetto massimo alla variabilit? di α: dalla nascita dell'Universo non pu? essere cambiata per pi? di 0.6 milionesimi del suo attuale valore.
Come gi? detto, α presiede all'interazione della luce con la materia. Gli spettri di assorbimento e di emissione si generano quando un atomo assorbe un fotone (un “raggio di luce”) o lo emette. E' chiaro dunque che studiare lo spettro di un oggetto celeste vuol dire anche studiare come la luce interagisce con la materia nell'oggetto che ? oggetto di indagine. Se l'oggetto celeste in questione ? molto lontano, visto che la luce ha una velocit? finita (e costante), i risultati riguarderanno l'interazione della luce con la materia molto tempo fa. I risultati di UVES raccontano dell'interazione luce-materia quando l'universo aveva un quarto dell'et? attuale, circa 3 miliardi di anni.

I risultati di questo esperimento tendono a confermare la teoria di Einstein, che verr? nei prossimi anni messa alla prova con precisioni mai raggiunte dall'esperimento LATOR. LATOR sar? composto da due satelliti e un interferometro sulla ISS. I due satelliti orbiteranno il Sole venendosi a trovare periodicamente dalla parte opposta alla Terra: in quei momenti l'angolo che li separa sar? di circa un grado, e uno dei due satelliti sar? quasi in linea col Sole.


I due satelliti saranno collegati fra loro e con la ISS tramite

Lo schema del funzionamento di LATOR.

dei fasci laser, e sar? proprio l'interferometro montato sulla Stazione Spaziale Internazionale che misurer? con una precisione di 20 miliardesimi di secondo d'arco l'angolo che separa i due satelliti.
Essendo che uno dei due fasci laser passer? molto vicino al Sole, esso verr? deviato dalla massa enorme del nostro astro, come la relativit? generale prevede e le verifiche sperimentali hanno confermato. L'estrema precisione con cui questo spostamento verr? misurato permetter? agli scienziati di verificare quanto bene questa teoria modellizzi la realt?. Alcune delle grandi teorie unificate (che sono ancora ben lontane dall'essere “pronte”) predicono infatti dei risultati leggermente differenti da quelli derivati dalla teoria di Einstein.

Quella della Relativit? ? una teoria che ? stata da subito oggetto di indagine da parte di numerosi esperimenti, esperimenti che, come si pu? facilmente capire non diminuiscono in numero ma aumentano, sia per quantit? che in qualit?. A quasi un secolo dalla sua formulazione (la teoria della relativit? ristretta nasce nel 1905), questo modello resiste e anzi, negli ultimi anni la teoria della relativit? generalizzata ha trovato addirittura alcune conferme sperimentali nella sua prima formulazione, quella in cui compariva la famosa “costante cosmologica”. Sicuramente in futuro questa teoria verr? affinata e superata, ma probabilmente, anche in futuro, il lavoro di Einstein non potr? essere ignorato.

Alfonso Mantero

Pubblicato per  gentile concessione di UAI.

L'articolo originale ? disponibile all'indirizzo:
http://www.uai.it/index.php?tipo=A&id=419

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Autore: Marco Castellani

Ricercatore astronomo, appassionato di letteratura, musica, computer e programmazione. Marito, papà  di quattro. http://www.marcocastellani.me