Attraverso cinque miliardi di anni luce: la struttura più grande dell'universo

[Red Hanuman]

Gli astronomi hanno scoperto quello che sembra essere la struttura più grande dell'universo osservabile: un anello di nove lampi di raggi gamma - e quindi di galassie - largo 5 miliardi di anni luce....
leggi tutto... (http://www.astronomia.com/2015/08/10/attraverso-cinque-miliardi-di-anni-luce-la-struttura-piu-grande-delluniverso/)

[Enrico Corsaro]

Notizia che ha dell'importanza cosmologica. Bisognerebbe in pratica trovare almeno un'altra struttura simile per concludere che il principio cosmologico ha delle falle. Se però le teorie di evoluzione galattica permettono di arrivare, con casistiche di uno su qualche decina di migliaio di tentativi, alla formazione di strutture simili, allora di base la nostra interpretazione dell'evoluzione cosmica rimane comunque valida. Altrimenti, bisognerà rivedere meglio tutta la base di approccio nella dinamica gravitazionale di strutture estese.

[DarknessLight]

Stavo pensando: ma la perfetta omogeneità della cmb non dovrebbe già da sola essere una prova schiacciante a favore del principio cosmologico.? Così tutte le altre anisotropie, come i grandi vuoti oppure come i lampi gamma che si estendono per miliardi di anni luce, non sarebbero altro che "piccole" anisotropie che rientrano in un quadro generale di PERFETTA OMOGENEITA'..

[Enrico Corsaro]

Si la CMB e' piuttosto omogenea e può essere a supporto di un principio cosmologico che sussisteva almeno fino al periodo della ricombinazione. Il problema viene dopo, cioe' a come quelle disomogeneità iniziali si sono evolute e hanno portato alla formazione delle strutture su larga scala che osserviamo oggi. Il discorso riguarda dunque più la dinamica di formazione delle strutture che le disomogeneità iniziali. Chiaramente se l'omogeneita' ed isotropia non valgono più ad oggi, decade anche il principio cosmologico correlato. Diciamo quindi che perderemo l'invarianza temporale di questo principio.

[Gaetano M.]

Ho l'impressione che ragioniamo su delle ipotesi, vedi principio cosmologico, come se fossero delle certezze. Poi ad ogni nuova osservazione arrivano dei tremendi colpi di "bazooka" che fanno traballare tutto. Si mette una toppa e si va avanti come se niente fosse. Sbaglio?

[Enrico Corsaro]

Caro @Gaetano M. (http://www.astronomia.com/forum/member.php?u=32), non si tratta di ipotesi qui ma di evidenze osservative da cui poi si è fatta una estrapolazione.
In ambito scientifico si ricorre al metodo deduttivo che, per quanto spesso affidabile e di valore, non garantisce certezze assolute. La conoscenza che abbiamo oggi deriva da una costruzione a tasselli, dove ogni tassello rappresenta una nuova scoperta che si è basata sulla evidenza sperimentale/osservativa di una determinata predizione teorica oppure di una scoperta sperimentale/osservativa che ha poi modificato la teoria.

Nel caso del principio cosmologico, abbiamo avuto almeno fino a qualche anno fa, evidenza che la distribuzione di materia nell'Universo era pressochè uniforme a partire da scale di grandezza dell'ordine di 100 Mpc. Di base infatti il principio cosmologico nasce come una semplificazione della realtà e certamente sappiamo che l'Universo non è perfettamente omogeneo ed isotropo su tutte le scale. Tuttavia da un punto di vista cosmologico, questa approssimazione può andare abbastanza bene, se vogliamo studiare cioè l'Universo nel suo insieme.
Il principio cosmologico non ha invece senso se consideriamo lo studio delle galassie ad esempio, o ancor meno lo studio delle popolazioni stellari. Quindi tieni a mente sempre che questo principio ha valore, ha senso di esistere, solo se visto in un contesto ben preciso, cioè quello della cosmologia.

Il fatto che col passare del tempo si stiano scovando strutture su larghissima scala ci fa capire che probabilmente questa semplificazione potrebbe non essere più adatta neanche su scale di distanza di 100 Mpc e quindi andrà corretta e migliorata. E' così che si è sempre fatto e non deve stupire se con il passare del tempo certe semplificazioni fatte inizialmente risultino poi non più così adeguate. D'altronde è proprio il progresso che otteniamo nelle strumentazioni, nelle survey dedicate, nella quantità di dati che ricaviamo, che ci permette di migliorare la nostra conoscenza dell'Universo e dunque anche di migliorare le teorie e di conseguenza affinare le missioni future per ottenere dati ancora più buoni e precisi.

[DarknessLight]

Chiaramente se l'omogeneita' ed isotropia non valgono più ad oggi, decade anche il principio cosmologico correlato. Diciamo quindi che perderemo l'invarianza temporale di questo principio.


Il fatto che col passare del tempo si stiano scovando strutture su larghissima scala ci fa capire che probabilmente questa semplificazione potrebbe non essere più adatta neanche su scale di distanza di 100 Mpc e quindi andrà corretta e migliorata.

In realtà faccio fatica a focalizzare un universo in cui non siano valide omogeneità ed isotropia.. il principio cosmologico sembra una proprietà così fondamentale e naturale... mi sembra naturale come la simmetria delle forze fondamentali...

Che implicazioni avrebbe il decadere di questo principio? Significherebbe forse che esistono osservatori preferenziali? Significa che le forze fondamentali non sono simmetriche? Significa che le leggi della fisica variano nello spazio e/o nel tempo?

La mancanza di omogeneità e di isotropia mi pare così assurda!
Io tendo a immaginare l universo come fosse un fluido, come un gas, e penso che quando studi un gas probabilisticamente la sua composizione è uguale in ogni zona mappata.... Se il principio cosmologico non è valido allora esistono osservatori preferenziali, allora l universo potrebbe avere anche un centro... allora anche la teoria del Big bang verrebbe meno...

...troppo strano...

[Gaetano M.]

Mi spiacerebbe essere considerato come persona contraria per principio, non lo sono assolutamente. Sono sempre alla ricerca di nuove prove (solo informandomi purtroppo) che possano migliorare la nostra comprensione dell'universo. Quello che volevo dire è che quando si evidenziano cose particolarmente importanti come questa bisognerebbe riconsiderare tutto dall'inizio. Per analizzare se le condizioni poste non debbano essere modificate. Con una totale anisotropia e omogeneità (l'analogia del gas che usa DarknessLight) forse non avremmo avuto ne stelle ne galassie ma solo atomi (o addirittura energia informe) ben distribuiti.

[DarknessLight]

No la mia analogia del gas non va male interpretata.
Ammettiamo di avere un metro cubo di aria quindi ossigeno 20% e azoto 80%.
In questo caso abbiamo dei vuoti e delle zone dove la forza elettromagnetica ha legato tra loro gli atomi formando ossigeno e azoto. Quindi in un gas il pattern che si ripete NON è un energia omogeneamente diffusa come la cmb ma è un vuoto in cui galleggiano pochissime molecole. Questo è un gas.

L universo a grande scala potrebbe essere fatto proprio così (ammettendo valido il principio cosmologico). Ovvero abbiamo grandi vuoti e zone dove invece la gravità ha unito la materia formando ammassi di galassie.

L universo NON è un energia perfettamente diffusa! Il pattern che si ripete è una cosa di questo tipo: https://youtu.be/sHrTjfaPKSI

Omogeneità ed isotropia NON significa che esiste solo un energia perfettamente diffusa, ma significa che esiste un pattern che si ripete uguale a se stesso ovunque. Come in un gas!


Ora, intuitivamente mi sfugge come possa non essere valido il principio cosmologico. Vi rendete conto di quali enormi implicazioni potrebbe comportare una sua negazione? Se veramente i grandi vuoti oppure i raggi gamma di cui parla questo articolo sono anisotropie in grado di eliminare alla radice questo principio, allora davvero saremmo di fronte ad un enorme rivoluzione ideologica nella comprensione del mondo...
Significherebbe che la simmetria non esiste... Cioè questa è una deduzione che mi viene spontanea...
chiedo: è così? Senza principio cosmologico quale sarebbe il destino della cosmologia e della fisica moderna?

A me piace l idea di perfetta simmetria introdotta dal principio cosmologico, ma i nostri gusti come sempre devono sottostare alle osservazioni empiriche...

[Enrico Corsaro]

No non si parla di eliminare il principio cosmologico alla radice, attenzione.
Sappiamo che almeno in passato l'Universo era di fatto abbastanza omogeneo.
E' come lo vediamo ora che sta risultando non più come ce lo saremmo aspettati.
Perchè? E' questa la domanda chiave.
Bisogna capire dunque cosa è successo per passare da una condizione di omogeneità e isotropia ad una differente. Bisogna rivedere più che altro i modelli di evoluzione delle strutture, cioè le teorie che ci dicono come distribuzioni iniziali di materia si siano evolute dinamicamente per dare origine alle strutture di galassie, ammassi di galassie e superammassi che vediamo oggi e nella disposizione in cui li vediamo, cioè formando stringhe che circondano regioni enormi di vuoto cosmico, e come nel caso segnalato dall'articolo anche anelli di estensioni enormi.

[Gaetano M.]

C'è poi sempre il problema dell'entropia che ci porta verso la "morte termica" tanto di moda in questi giorni di pre-ferragosto: http://www.lescienze.it/news/2015/08/11/news/universo_spegne_radiazione_galassie-2723591/
Enrico, mi chiedo la formazione delle Galassie non comporta una diminuzione dell'entropia, se l'universo è un sistema isolato?

[Enrico Corsaro]

Molto interessante l'articolo che hai linkato Gaetano! Lo leggo meglio appena possibile.
Per quanto riguarda l'entropia di un sistema isolato, la condizione è che essa non possa diminuire, può dunque anche rimanere costante. Tuttavia, come sembra risultare dalla survey realizzata da questi autori che hai linkato, l'energia emessa dalle galassie è in diminuzione. Questo potrebbe significare un aumento di entropia. Il motivo è che il guadagno acquisito dall'addensarsi della materia in buche di potenziale gravitazionale, che porta quindi alla formazione di strutture cosmiche, potrebbe non essere comunque superiore alla perdita di energia subita per effetto dei processi di combustione termonucleare prodotti dalle singole stelle, che sono i mattoni fondamentali delle strutture che si trovano nel nostro Universo.

QUI (http://arxiv.org/abs/1109.0941) linko un altro articolo che ho trovato riguardo alla possibile mancanza di isotropia misurata dalla distanza delle supernovae tipo Ia in diverse direzioni.