{"id":9183,"date":"2020-12-05T20:37:33","date_gmt":"2020-12-05T19:37:33","guid":{"rendered":"https:\/\/cielipiemontesi.it\/?p=9183"},"modified":"2020-12-05T20:37:35","modified_gmt":"2020-12-05T19:37:35","slug":"mentre-luniverso-si-raffredda-il-gas-si-scalda","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cielipiemontesi.it\/?p=9183","title":{"rendered":"Mentre l\u2019universo si raffredda, il gas si scalda"},"content":{"rendered":"\n

La temperatura media dell\u2019universo, quella delle grandi strutture nelle quali risiedono le stelle e le galassie che osserviamo, \u00e8 cresciuta nel tempo \u2013 cos\u00ec come \u00e8 cresciuta l\u2019aggregazione gerarchica delle strutture stesse. Lo dimostra uno studio pubblicato su ApJ che ha correlato i dati del satellite Planck, della missione Iras e della survey Sdss per misurare la temperatura del gas nelle grandi strutture dell\u2019universo attraverso un fenomeno di interazione fra questo e i fotoni della radiazione cosmica di fondo noto come \u201ceffetto Sunyaev-Zel’dovich\u201d<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Simulazione al computer dell\u2019evoluzione della struttura su larga scala (in basso) e della temperatura (in alto) dell\u2019universo. Il tempo scorre da sinistra verso destra e il pannello pi\u00f9 a destra che mostra l\u2019epoca attuale. Crediti: D. Nelson\/Illustris Collaboration.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

La storia dell\u2019universo \u00e8 quella di una continua espansione<\/em> \u2013 negli ultimi tempi,<\/em> a voler essere precisi, persino accelerata<\/em>. Testimone prima di questa espansione \u00e8 la radiazione cosmica di fondo<\/a><\/strong>, generatasi circa 380mila anni dopo il Big Bang,<\/em> praticamente agli albori del cosmo. La radiazione cosmica di fondo (o cosmic microwave background,<\/em> Cmb) ci racconta questa espansione<\/strong> attraverso la sua temperatura<\/strong> e la sua \u2013 quasi perfetta \u2013 omogeneit\u00e0<\/strong>. Nel primo caso<\/em>, per effetto dell\u2019espansione, la sua temperatura iniziale di 3000 K<\/em> \u2013 la temperatura di corpo nero<\/strong><\/a> corrispondente al picco della planckiana<\/strong><\/em><\/a>, in gergo astrofisico \u2013 \u00e8 diminuita fino ai circa 2.7 K<\/strong> che misuriamo ora. Nel secondo caso<\/em>, piccole disomogeneit\u00e0<\/em> presenti in questa primordiale radiazione si sono amplificate nel tempo<\/em> dando origine alle strutture cosmiche che popolano ora l\u2019universo \u2013 la cosiddetta struttura su larga scala<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

Tornando per un secondo a quei famosi 2.7 K, \u00e8 questa la temperatura dell\u2019universo a cui di solito si fa riferimento. Ma non di soli fotoni \u00e8 fatto l\u2019universo<\/em>: materia oscura<\/em> a parte, ci sono anche atomi e molecole<\/em>. Nell\u2019universo primordiale e caldissimo<\/em>, atomi e molecole si trovavano in equilibrio termico con la radiazione,<\/em> in una sorta di \u201cbagno termico\u201d in cui la temperatura diminuiva nel tempo per effetto dell\u2019espansione. \u00c8 nel momento di rottura di questa trasformazione continua della materia in energia \u2013 cio\u00e8 fotoni \u2013 e viceversa che l\u2019universo diventa trasparente<\/em> e la luce diventa libera di propagarsi, generando anzitutto la Cmb. La materia, dal canto suo, inizia ad aggregarsi e a dare forma<\/em> \u2013 per accrescimento e fusione \u2013 alle strutture cosmiche come galassie e ammassi di galassie<\/em>. Il gas che cade gravitazionalmente nelle strutture, essenzialmente idrogeno, prende vita propria.<\/p>\n\n\n\n

Qual \u00e8 la sua temperatura? Nei casi pi\u00f9 estremi,<\/em> cio\u00e8 nelle strutture di maggior massa come gli ammassi di galassie, il gas resta confinato dalla gravit\u00e0 ma si ionizza<\/em>, si trova cio\u00e8 in uno stato di plasma caldo \u2013 in cui una gran frazione degli elettroni \u00e8 libera. Sono proprio loro i protagonisti del fenomeno noto come \u201cdiffusione Compton inversa dei fotoni del Cmb<\/strong>\u201d, o anche effetto Sunyaev-Zeldovich<\/strong><\/a> (S-Z) termico: si tratta di una vera e propria iniezione di energia nei fotoni della Cmb a causa dell\u2019interazione con gli elettroni del plasma caldo e collassato nelle strutture pi\u00f9 massicce come gruppi e ammassi di galassie<\/em> \u2013 fotoni che risulteranno quindi spostati ad energie maggiori rispetto a quelle attese<\/em>, nello spettro della radiazione osservata. Maggiore \u00e8 la massa di queste strutture, maggiore \u00e8 la loro temperatura e quindi maggiore il segnale S-Z, e pi\u00f9 visibile risulter\u00e0, ai nostri occhi astronomici, il gas caldo degli elettroni e la struttura su larga scala stessa. Inoltre, poich\u00e9 le strutture pi\u00f9 massive si formano in modo gerarchico nel tempo, diventando sempre pi\u00f9 grandi e numerose, \u00e8 come se l\u2019universo si popolasse sempre pi\u00f9 di regioni calde. Detto altrimenti, \u00e8 come se la sua temperatura media aumentasse<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

Un nuovo studio di un team internazionale di ricercatori, tra cui membri dell\u2019Istituto Kavli per la fisica e la matematica dell\u2019universo<\/strong> (Kavli Ipmu), ha studiato proprio l\u2019effetto S-Z in varie epoche cosmiche, trovando che la temperatura media del gas nelle grandi strutture dell\u2019universo \u00e8 aumentata di circa 3 volte negli ultimi 8 miliardi di anni,<\/em> fino a raggiungere oggi circa due milioni di gradi<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

\u00abQuesto lavoro correla il segnale dovuto al fenomeno Sunyaev-Zel\u2019dovich con la struttura a grande scala dell\u2019universo tracciata dalle galassie della Sloan Digital Sky Survey<\/strong><\/a> (Sdss), ottenendo una stima della temperatura media delle strutture cosmiche<\/em> \u2013 ovvero pesata per la densit\u00e0 delle stesse strutture. Questa stima si pu\u00f2 anche tradurre in termini di densit\u00e0 di energia termica cosmica in funzione della et\u00e0 dell\u2019universo<\/em>\u00bb, spiega a Media Inaf<\/em> il risultato dei colleghi Stefano Ettori<\/strong>, cosmologo all\u2019Inaf di Bologna non coinvolto nello studio. \u00abIl lavoro mostra consistenza tra i dati del segnale S-Z integrato fino a redshift<\/em> 1 (circa 8 miliardi di anni fa) e l\u2019evoluzione attesa nel formarsi e crescere delle strutture cosmiche attraverso <\/em>aggregazione gerarchica (dai gruppi agli ammassi) della materia<\/em>\u00bb.<\/p>\n\n\n\n

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Evoluzione della temperatura media dell\u2019universo misurata nello studio. Il tempo scorre da sinistra a destra. I punti mostrano le misurazioni mentre l\u2019area rossa ombreggiata il modello fisico. Crediti: Chiang, Makiya, M\u00e9nard e Komatsu, ApJ, 902, 56 (2020)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Anche se il concetto che sta alla base della misura dell\u2019effetto S-Z<\/strong> pu\u00f2 sembrare semplice, la raccolta dei dati da parte del team \u00e8 stato un lavoro lungo e meticoloso. I ricercatori hanno correlato otto mappe di intensit\u00e0 del cielo<\/em> misurate dal satellite Planck<\/a><\/strong> \u2013 la missione dell\u2019Agenzia spaziale europea che ha misurato la radiazione cosmica di fondo a microonde \u2013 e dall\u2019Infrared Astronomical Satellite<\/strong><\/a> con posizioni e distanze delle strutture osservate dalla\u00a0 Sdss \u2013 che con circa due milioni di immagini dettagliate e spettri delle galassie ha consentito misure di distanza precisissime. Ai circa 15 anni di raccolta dati ne sono seguiti poi 4 nei quali il team ha sviluppato algoritmi e modelli necessari per estrarre il segnale nascosto nei dati.<\/p>\n\n\n\n

\u00abLa nostra nuova misurazione fornisce una conferma diretta del lavoro di Jim Peebles<\/strong> \u2013 il premio Nobel per la Fisica del 2019 \u2013 che ha esposto la teoria della crescita della struttura su larga scala dell\u2019universo\u00bb, conclude il primo autore del lavoro, Yi-Kuan Chiang<\/strong>, ricercatore al Center for Cosmology and AstroParticle Physics<\/em> (Ccapp) nella Ohio State University<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

Lo studio, come dicevamo, ha determinato che circa otto miliardi di anni fa la temperatura media degli elettroni era di circa 700mila gradi, ed \u00e8 salita fino al valore odierno di circa due milioni di gradi<\/strong>. In generale, il contenuto di energia termica cosmica \u00e8 dominato dal gas caldo che risiede in ammassi di galassie nelle epoche pi\u00f9 recenti<\/em> e in gruppi e protoammassi nelle epoche cosmiche pi\u00f9 antiche<\/em>. La sua evoluzione \u00e8, secondo gli scienziati, quasi interamente guidata dalla crescita delle strutture, poich\u00e9 i barioni si riscaldano a causa degli shock generati dal collasso gravitazionale degli aloni di materia oscura<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

Leggi l’articolo originale su MEDIA INAF<\/a><\/strong>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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