SCOPERTE – Cosa guida la continua espansione dell’universo? La risposta potrebbe arrivare dal lontano febbraio 1917, da un “errore” nella teoria della relatività del celebre fisico Albert Einsten e dagli esperimenti sulle onde gravitazionali ideati dai ricercatori dell’università di Edimburgo guidati da Lucas Lombriser. La teoria di Einstein prevedeva che l’universo fosse in continua espansione, […]

via Perché l’universo si espande? Il rompicapo di Einstein e la costante mancante — OggiScienza

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Gravità quantistica, è l’ora dei cosmologi

INTERVISTA A VINCENT VENNIN

Adottando un modello di “inflazione stocastica”, un team di fisici teorici dell’università di Portsmouth (UK) ha messo a punto un metodo per derivare le impronte quantistiche dell’universo primordiale. Media INAF ha intervistato il primo autore dello studio, pubblicato su Physical Review Letters

Arriva dal canale della Manica, dall’Institute of Cosmology and Gravitation dell’università di Portsmouth, l’ultimo passo avanti nel tentativo di risolvere il problema con la ‘P’ maiuscola della fisica contemporanea: conciliare i due pilastri della scienza moderna – la fisica quantistica e la gravità. Descritto sulle pagine di Physical Review Letters, è un nuovo sistema per formulare previsioni affidabili sull’effetto che dovrebbero avere le fluttuazioni quantistiche sulle onde di densità primordiali, le increspature nel tessuto dello spazio e del tempo dalle quali hanno avuto origine tutte le strutture presenti oggi nell’universo.

Obiettivo dei ricercatori è arrivare a una teoria quantistica della gravità. Media INAF ha intervistato il primo autore dello studio, Vincent Vennin.

Partiamo dall’inizio, dall’impasse che ha per protagoniste le teorie della gravità e quelle della fisica quantistica. Perché continuano a essere inconciliabili?

«Uno dei motivi è che le circostanze in cui entrano in gioco entrambe, in modo apprezzabile, sono rare. In realtà, conosciamo almeno due esempi in cui questo avviene».

Quali?

«Il primo è quello della radiazione di Hawking, nella quale le particelle sono emesse da un processo quantistico che si verifica sull’orizzonte di un buco nero».

E l’altro?

«Il secondo, per molti versi analogo alla radiazione di Hawking, è l’universo primordiale, quando si verificò una fase d’inflazione durante la quale l’espansione dello spazio-tempo venne accelerata a velocità spaventose».

In che senso gravità e fenomeni quantistici giocano un ruolo nell’inflazione?

«La ragione è che, nell’universo primordiale, l’espansione dello spazio è guidata dalla forza di gravità, mentre le strutture cosmologiche derivano da fluttuazioni quantistiche. Ora, dal momento che lo spazio si sta espandendo, gli oggetti che osserviamo oggi separati da distanze astrofisiche (per esempio, due galassie in cielo), in un lontano passato – quando l’universo emerse dal Big Bang – si trovavano a distanze microscopiche. E a distanze microscopiche la teoria dominante è la meccanica quantistica».

Questo cosa comporta?

«Poiché tutto ciò che vediamo oggi – la ragnatela cosmica, le galassie, i pianeti, le persone, gli atomi, tutto – è emerso da fluttuazioni quantistiche “stirate” a distanze enormi, quello dell’inflazione è un processo fondato sia sulle teorie quantistiche che su quelle della gravità. Dunque, osservandolo, possiamo vedere ciò che accade quando le due teorie si combinano».

Ma com’è possibile osservarlo?

«Qualunque misura in grado di dirci qualcosa sulla distribuzione di materia ed energia nell’universo può essere d’aiuto. Quelle più nitide sono le misure delle fluttuazioni di temperatura nella “prima luce” emessa nell’Universo, la cosiddetta radiazione cosmica di fondo, o CMB. La CMB è stata misurata di recente dal satellite Planck, ed è ciò che ci ha permesso di conoscere meglio quell’epoca primordiale in cui fisica quantistica e gravità erano entrambe in scena».

Concretamente, come avete proceduto?

«Non disponendo di una teoria generale della gravità quantistica, ci siamo concentrati sul fatto che le fluttuazioni quantistiche dell’universo primordiale hanno una proprietà molto speciale: possono essere descritte come un processo stocastico, cioè casuale. Non accade spesso che la fisica quantistica risulti equivalente a processi casuali, ma nell’universo primordiale vediamo che è così. Questo ci consente di arrivare a una descrizione efficace nella quale ogni porzione di spazio – ogni patch – è soggetto a una storia d’espansione casuale. Ora questa casualità codifica la fisica quantistica, mentre l’espansione codifica la gravità: dunque l’insieme si avvicina molto a una teoria “efficace” della gravità quantistica.

E questo a quali risultati ha portato?

«Tramite questo approccio, noto come inflazione stocastica, abbiamo mostrato come calcolare quantità osservabili quali le onde di densità primordiali dell’universo: quelle viste da Planck, dunque, ma anche quelle osservabili nella struttura a grande scala dell’universo che verrà mappata, con precisione elevatissima, da esperimenti futuri come Euclid o SKA. Abbiamo identificato un fenomeno, che abbiamo chiamato inflazione infinita, nel quale l’espansione media all’interno di ogni patch potrebbe essere infinita. Ma abbiamo dimostrato che, se la densità di energia dell’universo rimane al di sotto della scala di gravità quantistica, è possibile derivare previsioni osservabili, confrontabili con i dati astronomici. Questo approccio permette di rilevare le impronte quantistiche lasciate sulle strutture cosmologiche nell’universo primordiale, e di far luce su quello che possiamo attenderci da una teoria quantistica della gravità completa».

Per saperne di più:

Sardara capta il cielo radio con le schede grafiche

NUOVO SISTEMA DIGITALE PER LA RADIOASTRONOMIA

Sviluppato all’INAF di Cagliari per SRT, da alcune settimane SARDARA è operativo anche presso il radiotelescopio di Medicina, in provincia di Bologna, e già si stanno pianificando le operazioni per renderlo disponibile nell’antenna siciliana di Noto

La nuova frontiera dei sistemi di digital signal processing per i radiotelescopi italiani si chiama Sardara, acronimo di SArdinia Roach2-based Digital Architecture for Radio Astronomy. Il sistema, frutto di un finanziamento della Regione autonoma della Sardegna, è stato pensato, progettato e realizzato interamente all’Osservatorio astronomico dell’Inaf di Cagliari sotto la leadership del direttore della struttura, Andrea Possenti. E ha rappresentato una imponente sfida sia tecnologica che scientifica: realizzare e validare scientificamente, nell’arco di tre anni, un backend digitale capace di processare una banda istantanea di 2 GHz (la massima fornita attualmente presso i radio telescopi italiani) e in grado di rispondere a tutte le richieste scientifiche di Srt, il Sardinia Radio Telescope.

«Il sistema segna un’importante discontinuità col passato», dice il responsabile tecnologico di Sardara, Andrea Melis, dell’Inaf di Cagliari. «La tendenza è sempre stata quella di sviluppare piattaforme ad hoc per ogni tipo di applicazione scientifica, mentre lo sforzo fatto per Sardara è stato quello di sfruttare appieno le potenzialità di schede basate su Fpga (field programmable gate array) e le moderne schede Gpu (graphics processing unit) per distribuire opportunamente il calcolo e, sfruttando la versatilità del sistema, adattare lo stesso hardware a ogni applicazione specifica». Un solo strumento, dunque, per applicazioni molto diverse, che vanno dalla ricerca sulle pulsar alla spettropolarimetria.

I radioastronomi ne hanno capito subito le potenzialità: durante l’Early Science Program di Srt, Sardara, pur in una sua versione ancora non definitiva, ha fatto la parte del leone, risultando il sistema più richiesto fra tutti quelli disponibili e alla base delle osservazioni presentate in alcuni articoli già sottoposti a riviste scientifiche.

Certo, non tutto è stato facile. Grande flessibilità di applicazione, larga banda e utilizzo addirittura in modalità multi beam potevano creare qualche difficoltà gestionale. «Una delle principali criticità di un tale sistema», spiega Raimondo Concu, uno fra gli sviluppatori del software di Sardara, «è proprio l’enorme mole di dati da gestire. Non solo abbiamo dovuto acquisire sistemi di storage veloci e capienti, ma è stato fondamentale sviluppare sistemi hardware e software altamente ottimizzati, che in primis evitino perdite dati e contemporaneamente garantiscano la scrittura degli stessi su disco o il loro post-processing in tempo reale».

Ma non è tutto qui. Sardara è un sistema ad alta compatibilità. «I dati che Sardara produce», aggiunge Alessio Trois, sviluppatore del software scientifico del gruppo, «sono opportunamente convertiti, in real-time, nei formati più comuni per la successiva analisi e fruizione con i software scientifici standard universalmente utilizzati dagli astronomi, in ambito pulsar e in quello spettropolarimetrico».

Grazie all’elevata versatilità e all’estrema portabilità del sistema, da alcune settimane Sardara è operativo anche presso il radiotelescopio di Medicina, in provincia di Bologna, e già si stanno pianificando le operazioni per renderlo disponibile presso il suo gemellino siciliano a Noto. Un’installazione ottenuta in meno di tre giorni, proprio grazie alla flessibilità hardware e software di Sardara, sfruttando una tecnica di ottimizzazione di un generico backend nell’interazione con i radiotelescopi italiani, sviluppata durante il progetto.

«Essendo il cuore del software di controllo d’antenna uguale per tutte le tre antenne italiane», conclude Carlo Migoni, responsabile dell’interfaccia col software d’antenna del backend,«per il team medicinese è possibile sfruttare il medesimo componente software scritto per Srt e quindi operare il backend anche a Medicina in modo assolutamente analogo a quello usato a Srt».

Hubble ricalcola la costante di Hubble

MISURE OTTENUTE CON CINQUE LENTI GRAVITAZIONALI

La luminosità dei quasar varia col tempo. Confrontandone le variazioni nelle diverse immagini prodotte attraverso le lenti gravitazionali, dove entrano in gioco ritardi dovuti alle differenti lunghezze dei percorsi adottati dalla luce, gli astronomi sono riusciti a derivare in modo semplice e diretto il valore della costante di Hubble

L’Universo si espande velocemente, ma quanto? C’è un parametro fondamentale nella cosmologia moderna che misura proprio questo valore, cioè l’accelerazione dell’Universo, ed è la costante di Hubble. Un gruppo internazionale di astronomi della collaborazione H0LiCOW, guidata da Sherry Suyu, ha utilizzato Hubble di NASA ed ESA e altri telescopi per cercare di definire questa costante tramite l’effetto gravitazionale di 5 galassie. La lente gravitazionale è uno dei metodi indiretti per osservare oggetti talmente lontani da essere impossibili da osservare con gli strumenti da terra o dallo spazio. È il fenomeno per cui la luce di una galassia distante è deviata dall’influenza gravitazionale di una galassia più vicina a chi osserva, che agisce appunto come una lente e fa apparire la galassia (o un altro oggetto spaziale) alle sue spalle più grande e più luminosa. Per ottenere questo risultato è necessario che la galassia più distante sia quasi perfettamente situata dietro la “galassia lente”.

Le 5 galassie studiate dai ricercatori sono posizionate esattamente tra la Terra e altrettanti quasar (nuclei galattici attivi molto luminosi) distanti da noi. La luce proveniente da questi quasar viene piegata attorno alla massa delle galassie lenti a causa della forte attrazione gravitazionale. Come risultato vengono prodotte numerose immagini di quasar sullo sfondo, alcuni dei quali sembrano formare degli archi luminosi.

I valori ottenuti dal team di Suyu sono diversi da quelli misurati con il satellite Planck, che in ogni caso misura la costante di Hubble osservando la radiazione cosmica di fondo e non galassie, stelle e quasar. La velocità dell’espansione dell’Universo viene misurata in modi diversi con precisione sempre più accurata, e le eventuali discrepanze tra le diverse teorie potranno portare la fisica al di là della nostra attuale conoscenza dell’Universo, ha spiegato Suyu.

Dato che le galassie non creano distorsioni perfettamente sferiche e le lenti gravitazionali e i quasar non sono esattamente allineati, la luce dei diversi quasar di sfondo segue percorsi luminosi con lunghezze leggermente diverse. La luminosità dei quasar varia col tempo e i ricercatori possono vedere le diverse immagini con ritardi che dipendono dalle lunghezze dei percorsi adottati dalla luce. Questi ritardi sono direttamente collegati al valore della costante di Hubble. «Il nostro metodo è il modo più semplice e diretto per misurare la costante di Hubble, in quanto utilizza solo la geometria e la relatività generale, non altre ipotesi», ha spiegato Frédéric Courbin dell’EPFL, in Svizzera. Sfruttando questi ritardi si è arrivati a determinare la costante di Hubble con una precisione di circa il 3,8 per cento. Il risultato ottenuto dal team H0LiCOW è di 71.9 ± 2.7 chilometri al secondo per megaparsec: un valore di velocità d’espansione dell’universo superiore a quello derivato da Planck (66.93 ± 0.62 km/s per megaparsec) misurando la radiazione del fondo cosmico.

Suyu ha concluso dicendo che «la costante di Hubble è fondamentale per l’astronomia moderna, perché può aiutare a verificare se la nostra immagine dell’Universo – composto da energia oscura, materia oscura e materia normale – è corretta o se, al contrario, manca qualcosa di fondamentale».

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Il lensed quasar HE0435-1223. Crediti: ESA/Hubble, NASA, Suyu et al.

Per saperne di più:

Guarda il servizio video su INAF-TV:

Canarie – La Palma: Udine nel progetto del più grande telescopio per raggi gamma dell’emisfero

Canarie - La Palma: Udine nel progetto del più grande telescopio per raggi gamma dell'emisfero

Raggi gamma a Udine, summit sul Large Size Telescope delle Canarie

Gli astrofisici dell’Università di Udine partecipano alla costruzione del più grande telescopio per raggi gamma dell’emisfero settentrionale, il Large Size Telescope (LST), nell’isola di La Palma, nelle Canarie, che sarà al centro di un convegno internazionale dal 6 al 10 febbraio a Udine. Grazie all’attività del telescopio gli scienziati potranno capire meglio l’origine e la composizione dell’universo. Il convegno, intitolato “Cherenkov Telescope Array – Large Size Telescope Meeting”, è organizzato dal dipartimento di Scienze matematiche, informatiche e fisiche dell’Ateneo friulano e dall’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn). Parteciperanno una sessantina di scienziati di tutto il mondo. Il gruppo di ricerca dell’Università di Udine impegnato nell’impresa, coordinato da Diego Cauz, Barbara De Lotto e Alessandro De Angelis, si occupa, in particolare, degli strumenti ottici per la rivelazione e di fotosensori, in collaborazione con industrie nazionali.

Il telescopio LST, la cui inaugurazione è prevista a novembre, è realizzato da una collaborazione internazionale di ricercatori che appartengono a istituzioni di Brasile, Croazia, Francia, Germania, India, Italia, Giappone, Spagna e Svezia. Per il nostro Paese partecipano l’Infn e le università di Roma, Padova, l’Aquila, Bari, Napoli, Torino, Siena, Trieste e Udine. Il telescopio è costruito a 2200 metri sopra il livello del mare nell’ambito dell’osservatorio di Roque de los Muchachos dell’Istituto di astrofisica delle Canarie. Il convegno udinese si terrà nella sala Gusmani di palazzo Antonini (via Petracco 8), con inizio lunedì 6 febbraio, alle 14. È prevista una sessione pubblica dedicata alla scienza giovedì 9, dalle 11 alle 18

Raggi gamma a Udine, summit sul Large Size Telescope delle Canarie
„PER SAPERNE DI PIU’ –>“

http://www.udinetoday.it/cronaca/universita-udine-large-size-telescopio-grande-mondo-raggi-gamma.html

Scoperti sette gruppi di sfuggenti galassie nane

23 gennaio 2017

L’osservazione di gruppi di galassie nane che interagiscono fra loro attraverso la forza di gravità mostra che le grandi galassie sono frutto della fusione di tante galassie più piccole. La scoperta è anche una conferma indiretta degli attuali modelli che prevedono l’esistenza della materia oscura(red)

Sette gruppi di piccole galassie fra loro gravitazionalmente legate confermano le teorie sulla formazione delle grandi galassie, come la nostra Via Lattea e, indirettamente, corroborano l’attuale modello di un universo dominato dalla materia oscura. La scoperta di queste strutture è stata effettuata da ricercatori dell’Università della Virginia a Charlottesville e della Columbia University, che ne danno un resoconto su “Nature Astronomy”.

Attualmente si ritiene che la maggior parte delle galassie si sia formata attraverso la collisione e la fusione di galassie più piccole. Tuttavia solo il cinque per cento circa delle galassie nane censite – ossia di galassie da 10 a 1000 volte più piccole della Via Lattea – ha qualche altra galassia nana compagna. Le altre sono satelliti di galassie giganti o vagano sperse nello spazio. La dimostrazione dell’esistenza di gruppi di galassie nane era quindi un obiettivo di primaria importanza per validare la teoria sull’evoluzione delle galassie.

Scoperti sette gruppi di sfuggenti galassie nane
Uno dei sette gruppi di galasie nane. (Cortesia Kelsey E Johnson, Sandra E Liss, Sabrina Stierwalt)

Attraverso un attento esame delle immagini dello Sloan Digital Sky Survey – che ha cartografato un quarto della volta celeste per una profondità di 1,5 miliardi di anni luce, catalogando oltre un milione di galassie –  Sabrina Stierwalt e colleghi hanno identificato 60 potenziali gruppi di piccole galassie legate fra loro.

Queste galassie sono state quindi osservate con il Walter Baade Telescope da 6,5 metri (uno dei due telescopi Magellan dell’Osservatorio di Las Campanas in Cile), con il telescopio da 8 metri Gemini North a Mauna Kea, nelle Hawaii, e con  il telescopio da 3,5 metri dell’Apache Point Observatory a Sunspot, nel New Mexico. La maggior parte dei candidati si è rivelata costituita in realtà da galassie molto lontane le une dalle altre, ma che si trovano semplicemente

su linee di vista molto vicine. Tuttavia per sette di essi i ricercatori hanno avuto conferma che si trattava effettivamente di gruppi di galassie fra loro legate dal punto di vista gravitazionale.

Questi gruppi sono formati da tre-cinque galassie, ciascuno dei quali ha una massa complessiva compresa fra i 4 e i 20 miliardi di masse solari. Per confronto, si stima che la Via Lattea superi i 200 miliardi di masse solari.

Successive simulazioni hanno mostrato che i movimenti reciproci delle galassie di ciascun gruppo non sono spiegabili sulla base delle interazioni gravitazionali dovute alla loro massa osservabile. Questi movimenti presuppongono la presenza di un’ulteriore massa, di entità all’incirca corrispondente a quella ipotizzata dai modelli cosmologici sulla materia oscura.

Scienza, scoperte ben 234 civiltà aliene. E vogliono tutte entrare in contatto con noi

È la tesi, molto discussa, di uno scienziato del Quebec: gli extraterrestri esistono e comunicano tra di loro con un segnale laser. Lo spediscono anche a noi, ma non ce ne accorgiamo. I colleghi scienziati sono scettici

25 Ottobre 2016 – 08:10

Attenzione, è in arrivo la notizia assoluta: gli extraterrestri esistono e stanno cercando di contattarci. Lo sostengono due scienziati (ma solo loro, sia chiaro) canadesi. Dal 2012 Ermanno Borra e il suo assistente Eric Trottier della Laval University del Québec sostengono di aver individuato i segnali non di una sola civiltà extraterrestre, ma di ben 234.

Tutto nasce dall’ipotesi di Borra (presto diventata una convinzione) che le civiltà aliene, per comunicare, utilizzino raggi laser di una certa potenza. Il meccanismo di comunicazione delineato è piuttosto complesso: per comunicare con i terrestri gli alieni sparerebbero il laser contro la Terra a intervalli regolari (1,65 picosecondi), e gli umani potrebbero individuarlo attraverso un’analisi dello spettro della loro stella. Messaggi molto veloci, ma visibili attraverso studi matematici.

Bene. Partendo da questo presupposto, Borra ha incaricato il giovane Trottier di fare una ricognizione dell’universo, analizzando i dati di circa 2,5 milioni di stelle. Un giochetto. Risultato: seguendo l’intuizione del suo maestro, è riuscito a individuare 234 messaggi laser diversi, con ogni verosimiglianza appartenenti a 234 civiltà diverse.

Certo, la presenza di quei segnali potrebbe essere spiegata anche in modo diverso. Ad esempio, come riconosce lo stesso Borra, una serie di esplosioni nell’atmosfera della stella stessa. Gli altri scienziati hanno preferito concentrarsi più sula parte scettica che su quella entusiasta: è molto probabile, lasciano capire, che il buon scienziato della Laval University si sbagli.

Anzi: secondo Andrew Siemion, direttore del Centro di ricerca SETI dell’Università di Berkeley, il segnale considerato da Borra non avrebbe nemmeno valore scientifico. Troppo debole il segnale e, come è molto probabile, non deriverebbe neppure da elementi reali, ma da errori di analisi nei dati o di calibrazione. Insomma, se gli alieni esistono, si trovano più nel cervello di Borra che nel resto dell’universo.

Il sogno, però, prosegue. Borra non si dà per vinto e anzi si dice contento se altri scienziati hanno voluto prendere le redini di questa ricerca. In fondo, immaginare una comunità di alieni che ha sviluppato un sistema di comunicazione (tralaltro accessibile anche agli uomini) sofisticato e interstellare è un grande sogno. E forse, in un lontano futuro, anche una grande realtà.