L’arco gigante sconvolge la cosmologia

Non importa come puntiamo i nostri telescopi, l’universo sembra praticamente lo stesso, e se andiamo abbastanza lontano, le galassie sono distribuite uniformemente dappertutto. La nostra conoscenza dell’universo si basa su questo presupposto, quindi quando la studentessa di astronomia britannica Alexia Lopez ha visto una stretta striscia di galassie che corre da est a ovest in un’immagine del cielo, è rimasta sorpresa. 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. E quando ha rimpicciolito e ha guardato una porzione di cielo più grande, non è stata più sorpresa, solo completamente sbalordita.

Ho trovato un arco di galassie assurdamente grande, quasi simmetrico, che copre 3,3 miliardi di anni luce, una delle strutture più grandi mai scoperte nell’universo. arco gigante Si trova a circa 9,2 miliardi di anni luce di distanza e, se potessimo vederlo ad occhio nudo, si estenderebbe nel cielo come 20 lune piene di seguito.

scoperta È notevole perché strutture così grandi vanno contro la teoria cosmologica della struttura dell’universo, che afferma che ogni pezzo dell’universo sembra essere una parte diversa.

Quindi l’arco della risata è così grande che non dovrebbe nemmeno esistere e mette alla prova la teoria fisica dell’evoluzione dell’universo – forse l’universo non è così vecchio come pensavamo, dopotutto.

La questione deve essere unificata

Per più di 100 anni, gli astronomi si sono basati sul presupposto che l’universo sia omogeneo e isotropo. Ciò significa che la materia è distribuita uniformemente su un ampio intervallo e che l’universo appare lo stesso in tutte le direzioni.

Sembra strano che i fisici presuppongano che l’universo sia una massa uniforme. Dopotutto, vediamo che non è così: basta guardare a noi stessi.

Come umani, siamo più densi dell’aria che ci circonda e nel nostro pezzo di universo la materia si è accumulata in un pianeta roccioso circondato dal vuoto. Orbita attorno a un altro oggetto sferico ad alta densità, il Sole.

Il sistema solare fa parte di una galassia, uno dei miliardi di gruppi di stelle nell’universo, quindi non sembra esattamente che la materia sia distribuita uniformemente in tutto l’universo.

Tuttavia, il principio cosmologico afferma che la materia in una parte dell’universo non è più densa che in un’altra parte dell’universo. Se rimpicciolisci, l’argomento verrà distribuito uniformemente e non verrà raggruppato.

La fisica semplifica l’universo

il nostro sistema, via LatteaContiene da 100 a 400 miliardi di stelle, molte delle quali hanno pianeti. La Via Lattea è solo una delle migliaia di miliardi di galassie nell’universo visibile. Le galassie orbitano l’una intorno all’altra in ammassi, che a loro volta possono essere raggruppati in ammassi giganti.

Secondo il principio cosmologico, possono esserci grandi ammassi di galassie, ma se la materia è distribuita uniformemente, c’è un limite all’ampiezza delle strutture. La matematica avanzata imposta il limite 1,2 miliardi di anni luce, o 11.000 miliardi di miliardi di chilometri. E l’arco gigante scoperto da Alexia Lopez è quasi tre volte più grande.

Ma se il principio cosmologico non è dimostrato, allora dobbiamo riconsiderare lo stesso modello cosmologico standard, che si basa sulla teoria della relatività generale di Einstein del 1915.

La teoria della relatività ci dice che possiamo pensare alla gravità come alla curvatura dello spaziotempo causata dalla materia – o, più in generale, dall’energia – nell’universo.

Le equazioni di Einstein sono difficili da applicare, ma negli anni ’20 e ’30 i fisici Alexander Friedman, Georges Lemaitre, Howard B. Robertson e Arthur J. Walker usarono la teoria per descrivere l’intero universo e la sua evoluzione.

Tuttavia, questo era possibile solo perché i fisici vedevano l’universo come una zuppa liscia di particelle. Solo ignorando quella materia bitorzoluta sono arrivati ​​a questo modello dell’universo.

Il principio cosmologico ha reso le equazioni di Einstein più applicabili, ma ha anche senso che l’espansione dell’universo dovrebbe distribuire la materia in modo più o meno uniforme.

Da allora, gli astrofisici hanno assunto questo modello abbastanza semplice dell’universo, ma il problema è che hanno trovato strutture che violano il principio cosmologico.

La mappa 3D mostra le strutture giganti

Enormi ammassi di galassie diventano visibili solo quando vaste parti dell’universo sono mappate in tre dimensioni. L’indagine più completa è la Sloan Digital Sky Survey, che è il risultato di 20 anni di raccolta di dati con un telescopio nel New Mexico, negli Stati Uniti.

Il catalogo di milioni di galassie e quasar – i nuclei galattici più luminosi – è a disposizione di tutti gli astronomi sulla Terra, e qui, in particolare, hanno trovato alcune delle più grandi strutture dell’universo visibile.

Nel 2003, un’indagine ha rivelato un “muro” di galassie lungo 1,37 miliardi di anni luce chiamato Sloan Great Wall, una fila di ammassi giganti a circa un miliardo di anni luce di distanza.

Se la Grande Muraglia di Sloan fosse stata isolata, il principio cosmologico potrebbe essere sopravvissuto, ma in seguito sono state trovate sempre più strutture più grandi di galassie o quasar, come Smiling Bow, la cui posizione è stata determinata anche utilizzando i dati di Sloan Digital. schiarire il cielo.

Quindi le strutture giganti suggeriscono che il Modello Cosmico Standard ha bisogno di una revisione e che i fisici hanno già idee per il miglioramento.

Alcuni di loro stanno lavorando sulla cosmologia eterogenea, ricercando come l’evoluzione dell’universo viene influenzata quando si prendono in considerazione le strutture giganti. Forse le strutture più grandi non sono un problema in un tale modello dell’universo.

Altri sostengono che la gravità agisca in modo diverso da quello descritto da Einstein su enormi distanze, causando disuguaglianza nell’universo.

La terza prospettiva è l’energia oscura, un’ipotetica forma di energia nello spazio vuoto che fa sì che l’universo si espanda sempre più velocemente. L’energia oscura è parte integrante del modello cosmologico standard ed è descritta come costante. Ma secondo alcuni scienziati, può variare nel tempo o nello spazio, oppure questa ipotetica energia non è affatto necessaria per descrivere l’universo.

La nuova cosmologia può offrire diversi resoconti dell’espansione dell’universo e quindi della nostra storia di esso. Ciò potrebbe significare che l’universo non ha 13,8 miliardi di anni, come ci dice il Modello Standard.

Ma i cosmologi non sono ancora pronti a cancellare completamente il principio cosmologico. Prima di scartare la teoria collaudata, vorrebbero una mappa più accurata dell’universo con maggiori dettagli sulle strutture giganti trovate, che mostra anche se c’è di più.

Fortunatamente, c’è speranza: la mappatura completa dell’universo inizierà già a dicembre 2023, utilizzando il grande Osservatorio Vera C. Rubin di nuova costruzione in Cile. Questo telescopio fornirà agli astronomi immagini più dettagliate di più della metà del cielo, consentendo loro di vedere di più nel passato.

Questa designazione mostrerà se ha senso vedere l’universo come una zuppa liscia o se vi stanno galleggiando delle palline. Se il cielo notturno non è lo stesso – su larga scala – indipendentemente dal pianeta su cui ci troviamo e in quale direzione stiamo guardando, è tempo di un nuovo modello dell’universo.