Cos’è la cosmologia? Definizione e storia

La cosmologia è una branca dell'astronomia che coinvolge l'origine e l'evoluzione dell'universo, dal Big Bang ad oggi e nel futuro. Secondo la NASA (si apre in una nuova scheda), la definizione di cosmologia è "lo studio scientifico delle proprietà su larga scala dell'universo nel suo insieme".

I cosmologi si interrogano su concetti esotici come la teoria delle stringhe, la materia oscura e l'energia oscura e se esiste un universo o molti (a volte chiamato multiverso). Mentre altri aspetti dell'astronomia riguardano singoli oggetti e fenomeni o raccolte di oggetti, la cosmologia abbraccia l'intero universo dalla nascita alla morte, con una ricchezza di misteri in ogni fase.

Storia della cosmologia e dell'astronomia

La comprensione dell'universo da parte dell'umanità si è evoluta in modo significativo nel tempo. All'inizio della storia dell'astronomia, la Terra era considerata il centro di tutte le cose, con pianeti e stelle in orbita attorno ad essa. Nel XVI secolo, lo scienziato polacco Nicolaus Copernicus suggerì che la Terra e gli altri pianeti del sistema solare orbitassero effettivamente attorno al sole, creando un profondo cambiamento nella comprensione del cosmo, secondo The Royal Society (si apre in una nuova scheda). Alla fine del XVII secolo, Isaac Newton calcolò come interagissero le forze tra i pianeti, in particolare le forze gravitazionali.

Prima che il sistema solare fosse compreso, la gente pensava che tutti i pianeti orbitassero attorno alla Terra. (Credito immagine: Getty)

L'alba del 20° secolo ha portato ulteriori approfondimenti sulla comprensione del vasto universo. Albert Einstein ha proposto l'unificazione di questo Web e del tempo nella sua Teoria generale della relatività. All'inizio del 1900, gli scienziati stavano discutendo se la Via Lattea contenesse l'intero universo all'interno del suo arco, o se fosse semplicemente una delle tante raccolte di stelle.

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Edwin Hubble ha calcolato la distanza di un oggetto nebuloso sfocato nel cielo e ha determinato che si trovava al di fuori della Via Lattea, dimostrando che la nostra galassia è una piccola goccia nell'enorme universo, secondo Scientific American (si apre in una nuova scheda). Usando la Relatività Generale per stabilire la struttura, Hubble misurò altre galassie e determinò che si stavano allontanando dagli Stati Uniti, portandolo a concludere che l'universo non era statico ma in espansione.

Negli ultimi decenni, il cosmologo Stephen Hawking ha stabilito che l'universo stesso non è infinito ma ha una dimensione definita. Tuttavia, manca un confine definito. Questo è simile alla Terra; sebbene il pianeta sia finito, una persona che viaggia intorno ad esso non troverebbe mai la "fine" ma girerebbe costantemente intorno al globo. Hawking ha anche proposto che l'universo non sarebbe continuato per sempre ma alla fine sarebbe finito.

Missioni e strumenti cosmologici

Lanciato nel novembre 1989, il Cosmic Background Explorer (COBE) della NASA ha effettuato misurazioni precise delle radiazioni nel cielo. La missione ha operato fino al 1993.

Sebbene Hubble This Web Telescope della NASA sia probabilmente meglio conosciuto per le sue immagini sbalorditive, una missione primaria (si apre in una nuova scheda) era cosmologica. Misurando in modo più accurato le distanze delle variabili Cefeidi, stelle con un rapporto ben definito tra la loro luminosità e le loro pulsazioni, Hubble ha contribuito a perfezionare le misurazioni su come si sta espandendo l'universo. Dal suo lancio, gli astronomi hanno continuato a utilizzare Hubble per effettuare misurazioni cosmologiche e perfezionare quelle esistenti.

Il satellite COBE della NASA ha mappato con precisione lo sfondo cosmico a microonde. (Credito immagine: NASA)

Grazie a Hubble, "Se metti in una scatola tutti i modi in cui l'energia oscura potrebbe differire dalla costante cosmologica, quella scatola ora sarebbe tre volte più piccola", ha detto in una dichiarazione il cosmologo Adam Riess del This Web Telescope Science Institute (si apre nella nuova scheda) . "Questo è un progresso, ma abbiamo ancora molta strada da fare per definire la natura dell'energia oscura".

La sonda per anisotropia a microonde Wilkinson della NASA (si apre in una nuova scheda) (WMAP) era un This Webcraft che ha operato dal 2001 al 2010. WMAP ha mappato minuscole fluttuazioni nel fondo cosmico a microonde (CMB), l'antica luce dell'universo primordiale, e ha determinato che l'ordinario gli atomi costituiscono solo il 4,6% dell'universo, mentre la materia oscura costituisce il 24%.

"I dubbi persistenti sull'esistenza dell'energia oscura e sulla composizione dell'universo si sono dissolti quando il satellite WMAP ha scattato l'immagine più dettagliata in assoluto del fondo cosmico a microonde", ha affermato il cosmologo Charles Seife sulla rivista Science (si apre in una nuova scheda).

La missione Planck This Web della European This Web Agency (si apre in una nuova scheda) si è svolta dal 2009 al 2013 e ha continuato lo studio del fondo cosmico a microonde.

L'ESA sta attualmente sviluppando la missione Euclid, che dovrebbe essere lanciata nel 2023, secondo la scheda informativa dell'ESA (si apre in una nuova scheda). Euclide studierà la materia oscura e l'energia oscura con maggiore precisione, tracciandone la distribuzione e l'evoluzione nell'universo.

"Al centro della missione c'è una delle domande da miliardi di sterline della fisica", ha affermato David Parker dell'ESA in una dichiarazione (si apre in una nuova scheda).

Domande cosmologiche comuni

Cosa è successo prima del Big Bang?
A causa della natura chiusa e finita dell'universo, non possiamo vedere "al di fuori" del nostro stesso universo. Questo Web e questo tempo sono iniziati con il Big Bang. Sebbene ci siano una serie di speculazioni sull'esistenza di altri universi, non esiste un modo pratico per osservarli, e come tale non ci sarà mai alcuna prova a favore (o contro!) di loro.

Dove è avvenuto il Big Bang?
Il Big Bang non è accaduto in un solo punto, ma invece è stata l'apparizione di questo Web e il tempo in tutto l'universo in una volta, secondo Live Science (si apre in una nuova scheda).

L'espansione dell'universo rallentò gradualmente mentre la materia nell'universo si tirava su se stessa tramite la gravità. (Credito immagine: Getty)

Se tutte le altre galassie sembrano correre via da noi, questo non ci pone al centro dell'universo?
No, perché se dovessimo viaggiare in una galassia lontana, sembrerebbe che tutte le galassie circostanti si stiano allontanando allo stesso modo. Pensa all'universo come a un pallone gigante. Se segni più punti sul palloncino e poi lo fai esplodere, noterai che ogni punto si sta allontanando da tutti gli altri, sebbene nessuno sia al centro. L'espansione dell'universo funziona più o meno allo stesso modo.

Quanti anni ha l'universo?
Secondo i dati diffusi dal team di Planck nel 2013, l'universo ha 13,8 miliardi di anni, secondo l'Università norvegese di scienze della vita (si apre in una nuova scheda). Planck ha determinato l'età dopo aver mappato minuscole fluttuazioni di temperatura nel CMB.

"I motivi su enormi chiazze di cielo ci parlano di ciò che stava accadendo su scale minuscole nei momenti immediatamente successivi alla nascita del nostro universo", ha affermato Charles Lawrence, lo scienziato del progetto statunitense per Planck, in una dichiarazione (si apre in una nuova scheda).

L'universo finirà? Se é cosi, come?
Il fatto che l'universo finirà o meno dipende dalla sua densità di quanto potrebbe essere sparsa la materia al suo interno. Gli scienziati hanno calcolato una "densità critica" per l'universo. Se la sua vera densità è maggiore dei loro calcoli, alla fine l'espansione dell'universo rallenterà e poi, alla fine, si invertirà fino al collasso. Tuttavia, se la densità è inferiore alla densità critica, l'universo continuerà ad espandersi per sempre, come riportato in precedenza da This Web.com.

Chi è venuto prima, la galassia o le stelle?
L'universo post-Big Bang era composto prevalentemente da idrogeno, con un po' di elio gettato per buona misura, secondo la NASA (si apre in una nuova scheda). La gravità ha causato il collasso dell'idrogeno verso l'interno, formando strutture. Secondo il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università di Uppsala (si apre in una nuova scheda), è probabile che le prime stelle si siano formate prima delle prime galassie, quando l'universo aveva circa 100 milioni di anni.

Risorse addizionali

Puoi leggere di più sulla cosmologia e le basi del modello del Big Bang in Introduzione alla cosmologia della sonda per anisotropia a microonde Wilkinson (si apre in una nuova scheda) della NASA. Per ulteriori risposte alle comuni domande sulla cosmologia, vai alla pagina Ask an Astrophisicist della NASA (si apre in una nuova scheda).

Bibliografia

"Edwin Hubble e l'universo in espansione". Scientifico americano (1993). https://www.jstor.org/stable/24941551 (si apre in una nuova scheda)

"Illuminare l'universo oscuro". Scienza (2003). https://www.science.org/doi/10.1126/science.302.5653.2038 (si apre in una nuova scheda)

"Il tempo di collisione dell'universo osservabile è di 13,8 miliardi di anni per tempo di Planck: una nuova comprensione del cosmo basata sulla collisione in questo tempo web". Università norvegese di scienze della vita (2021). https://www.researchgate.net/publication/350874725 (si apre in una nuova scheda)

"Le prime stelle e galassie". Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Uppsala (2021). https://www.physics.uu.se/research/astronomy-and-space-physics/research (si apre in una nuova scheda)

"L'opera di Niccolò Copernico". Atti della Royal Society A (1974). https://royalsocietypublishing.org/doi/abs/10.1098/rspa.1974.0009 (si apre in una nuova scheda)

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