Il nostro universo è incredibilmente vasto, per lo più misterioso e generalmente confuso. Siamo circondati da domande sconcertanti su scale grandi e piccole. Abbiamo sicuramente delle risposte, come il Modello Standard della fisica delle particelle, che ci aiutano (almeno i fisici) a comprendere le interazioni subatomiche fondamentali e la teoria del Big Bang su come è iniziato l'universo, che intreccia una storia cosmica sul passato 13,8 miliardi di anni.
Ma nonostante i successi di questi modelli, abbiamo ancora molto lavoro da fare. Ad esempio, che cosa nel mondo è energia oscura, il nome che diamo alla forza trainante dietro l'espansione accelerata osservata dell'universo? E all'estremità opposta della scala, che cosa sono esattamente i neutrini, quelle piccole particelle spettrali che si incastrano e ingrandiscono il cosmo senza interagire a malapena con nulla?
A prima vista, queste due domande sembrano così radicalmente diverse in termini di scala e natura e, beh, di tutto ciò che potremmo presumere che dobbiamo rispondere.
Ma potrebbe essere che un singolo esperimento possa rivelare le risposte a entrambi. Un telescopio dell'Agenzia spaziale europea è impostato per mappare l'universo oscuro - guardando indietro nel tempo, circa 10 miliardi di anni, quando si pensa che l'energia oscura stesse imperversando. Scaviamo dentro.
Vai in grande e vai a casa
Per scavare, dobbiamo cercare. In alto. Su scale molto, molto più grandi delle galassie (stiamo parlando di miliardi di anni luce qui, gente), in cui il nostro universo assomiglia a una vasta e luminosa ragnatela. Tranne che questa ragnatela non è fatta di seta, ma di galassie. Viticci lunghi e sottili di galassie che collegano nodi densi e goffi. Quei nodi sono gli ammassi, le città affollate di galassie e il gas caldo e ricco - enormi, ampie mura di migliaia e migliaia di galassie. E tra queste strutture, che occupano gran parte del volume nell'universo, ci sono i grandi vuoti cosmici, i deserti celesti pieni di nulla.
Si chiama rete cosmica ed è la cosa più grande dell'universo.
Questa rete cosmica è stata lentamente costruita nel corso di miliardi di anni dalla forza più debole della natura: la gravità. Molto tempo fa, quando l'universo era la frazione più piccola della sua dimensione attuale, era quasi perfettamente uniforme. Ma il "quasi" è importante qui: c'erano piccole variazioni di densità da un punto all'altro, con alcuni angoli dell'universo un po 'più affollati della media e altri un po' meno.
Con il tempo, la gravità può fare cose incredibili. Nel caso della nostra rete cosmica, quelle regioni dense leggermente superiori alla media avevano una gravità un po 'più forte, che attirava loro l'ambiente circostante, il che rendeva quei gruppi ancora più attraenti, che attiravano più vicini, e così via e presto.
Fai avanzare rapidamente questo processo di un miliardo di anni e hai sviluppato la tua rete cosmica personale.
Una ricetta universale
Questo è il quadro generale: per creare una rete cosmica, hai bisogno di "roba" e di gravità. Ma dove diventa davvero interessante è nei dettagli, in particolare i dettagli delle cose.
Diversi tipi di materia si raggruppano e formano le strutture in modo diverso. Alcuni tipi di materia potrebbero aggrovigliarsi su se stessi o necessitare di rimuovere il calore in eccesso prima che possano congestionarsi, mentre altri potrebbero prontamente unirsi alla parte più vicina. Alcuni tipi di materia si muovono abbastanza lentamente da consentire alla gravità di svolgere efficacemente il suo lavoro, mentre altri tipi di materia sono così fluttuanti e agili che la gravità riesce a malapena a metterci le mani deboli.
In breve, se cambi gli ingredienti dell'universo, ottieni ragnatele cosmiche di aspetto diverso. In uno scenario, potrebbero esserci più ammassi ricchi e meno vuoti rispetto a un altro scenario, in cui i vuoti dominano totalmente all'inizio della storia del cosmo, senza che si formino ammassi.
Un ingrediente particolarmente intrigante è il neutrino, la suddetta particella spettrale. Poiché il neutrino è così leggero, viaggia quasi alla velocità della luce. Ciò ha l'effetto di "appianare" le strutture nell'universo: la gravità semplicemente non può fare il suo lavoro e trascinare i neutrini in palline compatte. Quindi, se aggiungi troppi neutrini all'universo, cose come intere galassie finiscono per non riuscire a formarsi nell'universo primordiale.
Piccoli problemi, grandi soluzioni
Ciò significa che possiamo usare la stessa rete cosmica come un gigantesco laboratorio di fisica per studiare i neutrini. Esaminando la struttura del web e suddividendola nelle sue varie parti (cluster, vuoti e così via), possiamo ottenere una gestione sorprendentemente diretta dei neutrini.
C'è solo un problema assillante: i neutrini non sono l'unico ingrediente nell'universo. Un importante fattore di confusione è la presenza di energia oscura, la forza misteriosa che sta lacerando il nostro universo. E come avresti potuto sospettare, ciò influisce in modo rilevante sulla rete cosmica. Dopo tutto, è difficile costruire grandi strutture in un universo in rapida espansione. E se guardi solo una parte della rete cosmica (ad esempio, gli ammassi di galassie), potresti non avere abbastanza informazioni per dire la differenza tra effetti di neutrino ed effetti di energia oscura - entrambi i quali impediscono l'aggregazione di " cose."
In un recente articolo pubblicato online sulla rivista di prestampa arXiv, gli astronomi hanno spiegato come i prossimi sondaggi sulla galassia, come la missione Euclide dell'Agenzia spaziale europea, aiuteranno a scoprire sia le proprietà del neutrino che quelle dell'energia oscura. Il satellite Euclid mapperà le posizioni di milioni di galassie, dipingendo un ritratto molto ampio della rete cosmica. E all'interno di quella struttura si trovano suggerimenti per la storia del nostro universo, un passato che dipende dai suoi ingredienti, come neutrini ed energia oscura.
Osservando una combinazione dei luoghi più densi e occupati dell'universo (i cluster di galassie) e i luoghi più solitari e vuoti del cosmo (i vuoti), potremmo ottenere risposte sia alla natura dell'energia oscura (che annuncerà un'era di conoscenze fisiche nuovissime) e la natura dei neutrini (che faranno esattamente la stessa cosa). Potremmo imparare, ad esempio, che l'energia oscura sta peggiorando, o sta migliorando, o forse anche solo la stessa. E potremmo imparare quanto sono enormi i neutrini o quanti di loro fluttuano nell'universo. Ma non importa cosa, è difficile dire cosa otterremo fino a quando non guarderemo davvero.
Paul M. Sutter è un astrofisico a La Ohio State University, ospite di Chiedi a un astronauta e Space Radioe autore di Il tuo posto nell'universo.
