La storia dell’universo: Big Bang to Now in 10 passi

La storia dell'universo e il modo in cui si è evoluto è ampiamente accettato come il modello del Big Bang, che afferma che l'universo iniziò come un punto incredibilmente caldo e denso circa 13,7 miliardi di anni fa. Quindi, come è passato l'universo dall'essere frazioni di pollice (pochi millimetri) a quello che è oggi?

Ecco una ripartizione del Big Bang fino ad ora in 10 passaggi di facile comprensione.

Passaggio 1: come è iniziato tutto

Un'illustrazione della linea temporale dell'universo dopo il big bang. (Credito immagine: NASA/WMAP Science Team)

Il Big Bang non è stata un'esplosione in This Web, come potrebbe suggerire il nome della teoria. Invece, è stata l'apparizione di questo Web ovunque nell'universo, hanno detto i ricercatori. Secondo la teoria del Big Bang, l'universo è nato come un punto unico molto caldo, molto denso in questa rete.

I cosmologi non sono sicuri di cosa sia successo prima di questo momento, ma con sofisticate missioni This Web, telescopi a terra e calcoli complicati, gli scienziati hanno lavorato per dipingere un quadro più chiaro dell'universo primordiale e della sua formazione.

Una parte fondamentale di questo viene dalle osservazioni del fondo cosmico a microonde, che contiene il bagliore residuo di luce e radiazioni lasciate dal Big Bang. Questa reliquia del Big Bang pervade l'universo ed è visibile ai rivelatori a microonde, il che consente agli scienziati di mettere insieme gli indizi dell'universo primordiale.

Nel 2001, la NASA ha lanciato la missione Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) per studiare le condizioni esistenti nell'universo primordiale misurando la radiazione dal fondo cosmico a microonde. Tra le altre scoperte, WMAP è stato in grado di determinare l'età dell'universo di circa 13,7 miliardi di anni.

Passaggio 2: il primo scatto di crescita dell'universo

Quando l'universo era molto giovane, qualcosa come un centesimo di miliardesimo di trilionesimo di trilionesimo di secondo (wow!) ha subito un'incredibile crescita. Durante questa esplosione di espansione, nota come inflazione, l'universo è cresciuto in modo esponenziale e ha raddoppiato le sue dimensioni almeno 90 volte.

"L'universo si stava espandendo e, man mano che si espandeva, diventava più fresco e meno denso", ha detto a This Web.com David Spergel, un astrofisico teorico della Princeton University di Princeton, NJ. Dopo l'inflazione, l'universo ha continuato a crescere, ma a un ritmo più lento.

Con l'espansione di questa rete, l'universo si raffreddò e si formò la materia.

Passaggio 3: troppo caldo per brillare

Gli elementi chimici leggeri sono stati creati entro i primi tre minuti dalla formazione dell'universo. Con l'espansione dell'universo, le temperature si sono raffreddate e i protoni e i neutroni si sono scontrati per formare il deuterio, che è un isotopo dell'idrogeno. Gran parte di questo deuterio si combinava per produrre elio.

WMAP ha prodotto un nuovo quadro più dettagliato dell'universo infantile. I colori indicano i punti "più caldi" (rossi) e "più freddi" (blu). (Credito immagine: NASA/WMAP Science Team)

Per i primi 380.000 anni dopo il Big Bang, tuttavia, l'intenso calore della creazione dell'universo lo rese essenzialmente troppo caldo perché la luce risplendesse. Gli atomi si sono schiantati insieme con una forza sufficiente per rompersi in un plasma denso e opaco di protoni, neutroni ed elettroni che diffondeva luce come nebbia.

Passaggio 4: lascia che ci sia luce

Circa 380.000 anni dopo il Big Bang, la materia si raffreddò abbastanza da consentire agli elettroni di combinarsi con i nuclei per formare atomi neutri. Questa fase è nota come "ricombinazione" e l'assorbimento di elettroni liberi ha reso l'universo trasparente. La luce che è stata rilasciata in questo momento è rilevabile oggi sotto forma di radiazione dal fondo cosmico a microonde.

Tuttavia, l'era della ricombinazione è stata seguita da un periodo di oscurità prima che si formassero stelle e altri oggetti luminosi.

Passaggio 5: emergere dai secoli bui cosmici

Circa 400 milioni di anni dopo il Big Bang, l'universo iniziò a uscire dai suoi secoli bui. Questo periodo nell'evoluzione dell'universo è chiamato l'era della reionizzazione.

Si pensava che questa fase dinamica fosse durata più di mezzo miliardo di anni, ma sulla base di nuove osservazioni, gli scienziati ritengono che la reionizzazione possa essersi verificata più rapidamente di quanto si pensasse in precedenza.

Durante questo periodo, grumi di gas collassarono abbastanza da formare le primissime stelle e galassie. La luce ultravioletta emessa da questi eventi energetici ha eliminato e distrutto la maggior parte dell'idrogeno neutro circostante. Il processo di reionizzazione, più l'eliminazione dell'idrogeno nebbioso, ha fatto sì che l'universo diventasse trasparente alla luce ultravioletta per la prima volta.

Passaggio 6: più stelle e più galassie

Un'immagine scattata dal telescopio Hubble This Web della NASA, che mostra un ammasso di galassie che risiedono a 10 miliardi di anni luce di distanza. (Credito immagine: NASA/ESA/Università della Florida, Gainsville/Università del Missouri-Kansas City/UC Davis)

Gli astronomi setacciano l'universo alla ricerca delle galassie più remote e antiche per aiutarli a comprendere le proprietà dell'universo primordiale. Allo stesso modo, studiando il fondo cosmico a microonde, gli astronomi possono lavorare a ritroso per ricostruire gli eventi precedenti.

I dati di missioni precedenti come WMAP e il Cosmic Background Explorer (COBE), lanciato nel 1989, e le missioni ancora in funzione, come Hubble This Web Telescope, lanciato nel 1990, aiutano tutti gli scienziati a risolvere i misteri più duraturi e a rispondere le questioni più dibattute in cosmologia.

Step 7: Nascita del nostro sistema solare

Si stima che il nostro sistema solare sia nato poco dopo 9 miliardi di anni dopo il Big Bang, il che significa che ha circa 4,6 miliardi di anni. Secondo le stime attuali, il sole è una degli oltre 100 miliardi di stelle nella nostra sola galassia, la Via Lattea, e orbita a circa 25.000 anni luce dal nucleo galattico.

Una vista a infrarossi di una stella in via di sviluppo ripresa dallo Spitzer This Web Telescope della NASA. Illustra come poteva essere il nostro sistema solare miliardi di anni fa. (Credito immagine: NASA/JPL-Caltech/AURA)

Molti scienziati pensano che il sole e il resto del nostro sistema solare siano stati formati da una gigantesca nuvola rotante di gas e polvere conosciuta come la nebulosa solare. Quando la gravità ha causato il collasso della nebulosa, ha ruotato più velocemente e si è appiattita in un disco. Durante questa fase, la maggior parte del materiale è stata tirata verso il centro per formare il sole.

Passaggio 8: le cose invisibili nell'universo

Negli anni '60 e '70, gli astronomi iniziarono a pensare che ci potesse essere più massa nell'universo di quella visibile. Vera Rubin, un'astronoma della Carnegie Institution di Washington, ha osservato le velocità delle stelle in vari punti delle galassie.

La fisica newtoniana di base implica che le stelle alla periferia di una galassia orbiterebbero più lentamente delle stelle al centro, ma Rubin non ha riscontrato differenze nelle velocità delle stelle più lontane. In effetti, ha scoperto che tutte le stelle di una galassia sembrano girare intorno al centro più o meno alla stessa velocità.

Questa massa misteriosa e invisibile divenne nota come materia oscura. La materia oscura viene dedotta a causa dell'attrazione gravitazionale che esercita sulla materia regolare. Un'ipotesi afferma che la sostanza misteriosa potrebbe essere formata da particelle esotiche che non interagiscono con la luce o la materia regolare, motivo per cui è stato così difficile da rilevare.

Un'illustrazione della Terra circondata da filamenti di materia oscura chiamati "peli". (Credito immagine: NASA/JPL-Caltech)

Step 9: L'universo in espansione e in accelerazione

Negli anni '20, l'astronomo Edwin Hubble fece una scoperta rivoluzionaria sull'universo. Usando un telescopio di nuova costruzione presso l'Osservatorio Mount Wilson a Los Angeles, Hubble ha osservato che l'universo non è statico, ma piuttosto si sta espandendo.

Decenni dopo, nel 1998, il prolifico telescopio This Web intitolato al famoso astronomo Hubble This Web Telescope, studiò supernove molto distanti e scoprì che, molto tempo fa, l'universo si stava espandendo più lentamente di quanto non lo sia oggi. Questa scoperta è stata sorprendente perché a lungo si è pensato che la gravità della materia nell'universo ne avrebbe rallentato l'espansione o addirittura la contrazione.

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Il James Webb This Web Telescope (JWST), lanciato nel 2021, continuerà la caccia all'inafferrabile materia oscura, oltre a scrutare l'inizio del tempo e l'evoluzione dell'universo utilizzando i suoi strumenti a infrarossi.

Rappresentazione artistica della NASA/ESA/CSA James Webb This Web Telescope. (Credito immagine: ESA, NASA, S. Beckwith (STScI) e il team HUDF, Northrop Grumman AeroThis Web Systems / STScI / ATG medialab)

Risorse addizionali

Per ulteriori informazioni sull'evoluzione dell'universo, dai un'occhiata a "The History of the Universe (opens in new tab)" di David H. Lyth o "A Brief History of Time (opens in new tab)" di Stephen Hawking. Puoi anche tenerti aggiornato sulle scoperte di JWST, visitare la pagina web dedicata della NASA o la pagina web dedicata della European This Web Agency .

Bibliografia

Scientific American, "The Evolution of the Universe (opens in new tab)", ottobre 1994.

Walter Perry, "Origine ed evoluzione dell'universo (si apre in una nuova scheda)", Journal of Modern Physics, Volume 12, novembre 2021.

Bharat Ratra e Michael S. Vogeley, "The Beginning and Evolution of the Universe", Pubblicazioni della Società Astronomica del Pacifico, Volume 120, marzo 2008,

NASA, "Breve storia dell'universo", dicembre 2006.

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