La direzione è qualcosa a cui gli umani sono piuttosto abituati. Vivendo nel nostro amichevole ambiente terrestre, siamo abituati a vedere le cose in termini di su e giù, sinistra e destra, avanti o indietro. E per noi, il nostro quadro di riferimento è fisso e non cambia, a meno che non ci muoviamo o non ci stiamo muovendo. Ma quando si tratta di cosmologia, le cose diventano un po 'più complicate.
Per molto tempo, i cosmologi hanno creduto che l'universo fosse omogeneo e isotropico, cioè fondamentalmente lo stesso in tutte le direzioni. In questo senso, quando si parla di spazio non esiste qualcosa come "su" o "giù", solo punti di riferimento che sono interamente relativi. E grazie a un nuovo studio condotto da ricercatori dell'University College di Londra, tale opinione si è dimostrata corretta.
Per motivi di studio, intitolato "How isotropic is the Universe?", Il team di ricerca ha utilizzato i dati di rilevamento del Cosmic Microwave Background (CMB), la radiazione termica rimasta dal Big Bang. Questi dati sono stati ottenuti dal veicolo spaziale Planck dell'ESA tra il 2009 e il 2013.
Il team lo ha quindi analizzato utilizzando un supercomputer per determinare se esistessero modelli di polarizzazione che indicherebbero se lo spazio ha una "direzione preferita" di espansione. Lo scopo di questo test era di vedere se uno dei presupposti di base alla base del modello cosmologico più ampiamente accettato è effettivamente corretto.
La prima di queste ipotesi è che l'Universo sia stato creato dal Big Bang, che si basa sulla scoperta che l'Universo è in uno stato di espansione e sulla scoperta del Cosmic Microwave Background. Il secondo presupposto è che lo spazio sia omogeneo e istropico, il che significa che non ci sono grandi differenze nella distribuzione della materia su larga scala.
Questa convinzione, nota anche come Principio cosmologico, si basa in parte sul Principio copernicano (che afferma che la Terra non ha un posto speciale nell'Universo) e sulla Teoria della relatività di Einstein - che ha dimostrato che la misurazione dell'inerzia in qualsiasi sistema è relativa all'osservatore.
Questa teoria ha sempre avuto i suoi limiti, poiché la materia non è chiaramente distribuita uniformemente su scale più piccole (cioè sistemi stellari, galassie, ammassi di galassie, ecc.). Tuttavia, i cosmologi hanno discusso di questo affermando che le fluttuazioni su piccola scala sono dovute a fluttuazioni quantistiche verificatesi nell'universo primordiale e che la struttura su larga scala è di omogeneità.
Cercando fluttuazioni nella luce più antica dell'Universo, gli scienziati hanno tentato di determinare se questo è effettivamente corretto. Negli ultimi trent'anni, questo tipo di misurazioni sono state eseguite da più missioni, come la missione Cosmic Background Explorer (COBE), Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) e l'astronave Planck.
Per motivi di studio, il team di ricerca dell'UCL - guidato da Daniela Saadeh e Stephen Feeney - ha esaminato le cose in modo leggermente diverso. Invece di cercare squilibri nello sfondo delle microonde, hanno cercato segni che lo spazio potesse avere una direzione di espansione preferita e come questi potrebbero imprimersi sul CMB.
Mentre Daniela Saadeh - una dottoranda presso l'UCL e l'autore principale del documento - ha detto a Space Magazine via e-mail:
“Abbiamo analizzato la temperatura e la polarizzazione del fondo cosmico a microonde (CMB), una radiazione reliquia del Big Bang, utilizzando i dati della missione Planck. Abbiamo confrontato la vera CMB con le nostre previsioni su come sarebbe stata in un universo anisotropico. Dopo questa ricerca, abbiamo concluso che non ci sono prove per questi schemi e che l'ipotesi che l'Universo sia isotropico su larga scala è una buona idea. "
Fondamentalmente, i loro risultati hanno mostrato che esiste solo 1 su 121 000 possibilità che l'Universo sia anisotropico. In altre parole, l'evidenza indica che l'Universo si è espanso in tutte le direzioni in modo uniforme, eliminando così ogni dubbio sul loro essere un vero senso dell'orientamento su larga scala.
E in un certo senso, questo è un po 'deludente, poiché un universo che non è omogeneo e lo stesso in tutte le direzioni porterebbe a una serie di soluzioni alle equazioni di campo di Einstein. Di per sé, queste equazioni non impongono alcuna simmetria sullo spazio-tempo, ma il Modello standard (di cui fanno parte) accetta l'omogeneità come una sorta di dato.
Queste soluzioni sono conosciute come i modelli Bianchi, che furono proposti dal matematico italiano Luigi Bianchi alla fine del XIX secolo. Queste teorie algebriche, che possono essere applicate allo spaziotempo tridimensionale, sono ottenute essendo meno restrittive e quindi consentono un Universo che è anisotropico.
D'altro canto, lo studio condotto da Saadeh, Feeney e dai loro colleghi ha dimostrato che una delle ipotesi principali su cui poggiano i nostri attuali modelli cosmologici è effettivamente corretta. In tal modo, hanno anche fornito un senso tanto necessario di avvicinarsi a un dibattito a lungo termine.
"Negli ultimi dieci anni si è discusso in modo considerevole se vi fossero segni di anisotropia su larga scala in agguato nel CMB", ha detto Saadeh. “Se l'Universo fosse anisotropico, avremmo bisogno di rivedere molti dei nostri calcoli sulla sua storia e contenuti. I dati di alta qualità di Planck hanno fornito un'opportunità d'oro per eseguire questo controllo sanitario sul modello standard di cosmologia e la buona notizia è che è sicuro. "
Quindi la prossima volta che ti ritrovi a guardare il cielo notturno, ricorda ... che è un lusso che hai solo mentre sei sulla Terra. Là fuori, è tutto un altro gioco! Quindi goditi questa cosa che chiamiamo "direzione" quando e dove puoi.
E assicurati di dare un'occhiata a questa animazione prodotta dal team UCL, che illustra i dati CMB della missione Planck:
