L’arco gigantesco sta spezzando la cosmologia

Ovunque puntiamo i nostri telescopi, l’universo sembra praticamente lo stesso, e se rimpiccioliamo abbastanza, le galassie sono distribuite uniformemente. È un presupposto fondamentale su cui si basa la nostra conoscenza dell’universo. Quindi, quando Alexia Lopez, una studentessa di astronomia britannica, ha visto una sottile linea di galassie che correva da est a ovest su un’immagine del cielo, ha alzato le sopracciglia. L’universo sembrava sorriderle.

Da studentessa all’Università del Central Lancashire, nel Regno Unito, Alexia Lopez ha cercato modelli nella distribuzione delle galassie a miliardi di anni luce dalla Terra. Quando ha rimpicciolito ed ha esaminato una porzione più ampia della pelle, è passata dallo stupore al puro shock.

Hai trovato un arco di galassie assurdamente grande, quasi simmetrico, che copre 3,3 miliardi di anni luce, ed è una delle strutture più grandi mai scoperte nell’universo. arco gigante Dista circa 9,2 miliardi di anni luce di distanza, quindi se potessimo vederlo ad occhio nudo, si estenderebbe nel cielo di 20 lune piene affiancate.

scoperta Meraviglioso, perché strutture così grandi contraddicono il principio cosmologico, che descrive la struttura dell’universo e afferma che nessuna parte dell’universo è diversa da un’altra.

In altre parole, la faccina sorridente è così grande che in realtà non dovrebbe esistere. Sfida la teoria dei fisici sull’evoluzione dell’universo. L’universo potrebbe non essere così vecchio come pensavamo.

I materiali devono essere distribuiti uniformemente

Per più di cento anni, gli astronomi hanno lavorato partendo dal presupposto che l’universo fosse omogeneo e isotropo. Ciò significa che la materia è generalmente distribuita uniformemente e che l’universo appare lo stesso, indipendentemente da dove guardiamo.

Può sembrare strano per i fisici presumere che l’universo sia una massa omogenea. Solo guardando noi stessi, è chiaro che non è così.

Come esseri umani, siamo più densi dell’aria che ci circonda e viviamo in una parte dell’universo in cui la materia si è accumulata in un pianeta roccioso circondato dal vuoto. A sua volta, orbita attorno a un altro oggetto sferico altamente denso: il Sole.

Il sistema solare fa parte di una galassia, che è uno dei miliardi di ammassi stellari nell’universo. Pertanto, la materia non sembra essere effettivamente distribuita uniformemente nell’universo.

Tuttavia, il principio cosmologico afferma che la densità in una parte dell’universo non dovrebbe essere maggiore che altrove. Se rimpicciolisci abbastanza, la materia sarà distribuita uniformemente e non si aggregherà.

I fisici hanno semplificato l’universo

nella nostra galassia via Lattea Ci sono tra 100 e 400 miliardi di stelle, molte delle quali hanno pianeti in orbita. La Via Lattea è solo uno dei trilioni di galassie nell’universo visibile. Le galassie orbitano l’una intorno all’altra in ammassi di galassie, che a loro volta possono essere raggruppati in ammassi giganti.

Il principio cosmologico non lascia spazio ai grandi ammassi di galassie, ma se la materia è distribuita uniformemente, c’è un limite all’ampiezza delle strutture. Usando la matematica avanzata, questo limite può essere calcolato 1,2 miliardi di anni luceChe corrispondono a 11.000 miliardi di miliardi di chilometri. Tuttavia, l’arco gigante scoperto da Alexia Lopez è tre volte più grande di quello.

Se il principio cosmologico non è coerente, gli scienziati devono ripensare l’intero modello cosmologico, che è stato basato sulla teoria della relatività generale di Einstein dal 1915.

La teoria della relatività afferma che la gravità può essere intesa come la curvatura dello spaziotempo, che è causata dalla materia – o in generale dall’energia – cioè intorno all’universo.

Le equazioni di Einstein sono incredibilmente difficili da capire, ma negli anni ’20 e ’30 i fisici Alexander Friedman, George Lemitri, Howard B. Robertson e Arthur J. Walker furono in grado di scoprire come la teoria della relatività potesse essere utilizzata per descrivere l’intero universo e le sue Evoluzione. .

Tuttavia, questa impresa è stata resa possibile dal fatto che i quattro fisici hanno scelto di considerare l’universo come una zuppa liscia di particelle. Solo ignorando il fatto che la materia si raggruppa insieme possono sviluppare un modello dell’universo.

Il principio cosmologico ha semplicemente reso più facile lavorare con le equazioni di Einstein, ma sembra anche ovvio che l’espansione dell’universo dovrebbe distribuire la materia in modo relativamente uniforme.

Da allora, gli astrofisici sono partiti da questo modello relativamente semplice dell’universo. Il problema, però, è che nel tempo hanno scoperto molte strutture che sembrano violare il principio cosmologico.

La mappa 3D rivela grandi strutture

Le galassie superammassi diventano visibili solo quando grandi parti dell’universo sono mappate in tre dimensioni. L’indagine più completa nel suo genere è la Sloan Digital Sky Survey, che è il risultato di due decenni di raccolta di dati con un telescopio nello stato americano del New Mexico.

In questo enorme catalogo di milioni di galassie e quasar – i nuclei galattici più luminosi – gli astronomi di tutto il mondo possono immergersi. Non da ultimo dove hanno trovato alcune delle più grandi strutture dell’universo osservabile.

Già nel 2003, l’indagine è stata in grado di rivelare un “muro” di galassie lungo 1,37 miliardi di anni luce, il Great Sloan Wall, una serie di ammassi giganti distanti circa un miliardo di anni luce.

Se la Grande Muraglia di Sloan è unica, il principio cosmologico potrebbe essere sfuggito al rilevamento, ma nel tempo sono state trovate alcune strutture di galassie o quasar più grandi, incluso l’Arco sorridente, anch’esso trovato utilizzando i dati dello Sloan Sky Survey digitale.

Strutture giganti suggeriscono quindi che il modello cosmico standard necessita di una revisione e i fisici hanno molti suggerimenti su come migliorarlo.

Alcuni tentano di sviluppare una cosmologia eterogenea e considerano come l’evoluzione dell’universo sia stata influenzata dal calcolo di queste strutture. Strutture più grandi probabilmente non sarebbero un problema con un modello del genere.

Altri lavorano con la teoria secondo cui la gravità su distanze molto lunghe agisce in modo diverso da quanto descritto da Einstein, creando così un universo irregolare.

Il terzo metodo è l’energia oscura, un’ipotetica forma di energia nello spazio, che fa sì che l’universo si espanda più velocemente. L’energia oscura è parte integrante del modello cosmologico standard ed è descritta come costante. Tuttavia, secondo alcuni scienziati, possono differire sia nel tempo che nello spazio, oppure l’ipotetica energia non è necessaria per descrivere l’universo.

La nuova cosmologia potrebbe cambiare i calcoli dell’espansione dell’universo, e quindi forse anche la nostra datazione di esso. Ciò potrebbe significare che l’universo non aveva affatto 13,8 miliardi di anni, come afferma il Modello Standard.

Al momento, tuttavia, i cosmologi non sono pronti a cancellare il principio cosmologico. Prima di abbandonare la teoria comprovata, vogliono vedere una mappa più accurata dell’universo osservabile. Deve mostrare più dettagli delle strutture più grandi che sono già state trovate e mostrare se c’è di più là fuori.

Fortunatamente, qui c’è speranza, perché già nel dicembre 2023 inizierà una nuova e molto completa indagine dell’universo con l’aiuto del grande Osservatorio Vera C. Rubin di nuova costruzione in Cile. Il telescopio fornirà agli astronomi immagini significativamente più dettagliate della metà superiore del cielo e saranno anche in grado di vedere di più in passato.

Un’indagine completa mostrerà se è ancora ragionevole considerare l’universo come una zuppa liscia, o se ci sono grumi in esso. Se il cielo notturno – nel quadro generale – non è lo stesso, indipendentemente dal pianeta su cui ci troviamo e in quale direzione stiamo guardando, è tempo di un nuovo modello dell’universo.