Appunti gratuiti sulla cosmologia
Rivoluzioni scientifiche
Copernico: non siamo al centro del sistema solare, la terra è un tipico pianeta
Shapley: non siamo al centro della galassia, il Sole è una tipica stella
Hubble: non siamo al centro dell'universo, la Via Lattea è una tipica galassia
Età dell'universo
Possiamo stimare l'età dell'universo con la legge di Hubble, infatti essa risulta dell'ordine dell'inverso della costante di Hubble, e quindi circa 15 miliardi di anni. Oppure possiamo stimare l'età dell'universo dal diagramma HR dei globular clusters, che hanno un tempo di vita fino a 13 miliardi di anni. La stima migliore si basa sulla radiazione di fondo (dati di WMAP) con un valore di 13,7 miliardi di anni.
Big Bang
Negli anni '40 Gamow, per giustificare la grande densità dell'universo antico, propose che l'universo fosse nato con una colossale esplosione. Il termine dispregiativo "Big Bang" venne coniato da Hoyle ('50). Circa 380.000 anni dopo il Big Bang la temperatura del plasma diminuì talmente (fino a 3000 gradi) da permettere ai protoni di catturare gli elettroni e formare gli atomi. Questa transizione, detta disaccoppiamento o recombination, cambiò radicalmente la situazione: i fotoni, non più diffusi ("scattered") da collisioni con particelle cariche, poterono per la prima volta viaggiare indisturbati nello spazio. Tale separazione è all'origine della Radiazione fossile scoperta da Wilson e Penzias intorno al 1960: una radiazione di corpo nero in principio a 3000 gradi ma che oggi ci appare a circa 3 gradi Kelvin a causa del redshift fino alle microonde. Lo spettro fossile ci rivela piccole perturbazioni nella densità, causate dal continuo ricombinarsi dei fotoni -non ancora liberi- con la materia, dell'universo primordiale: sono proprio queste fluttuazioni all'origine della struttura macroscopica "spugnosa" dell'universo attuale.
La geometria dell'universo
Il parametro fondamentale che caratterizza l'espansione dell'universo è costituito dal rapporto fra densità di energia e densità critica. Per calcolare tale parametro, sapendo che è maggiore di uno per un universo curvo positivamente (cioè in cui due rette parallele convergono), uguale ad uno per un universo piatto (cioè regolato dalla geometria euclidea)
e minore di uno per un universo curvo negativamente (cioè in cui due rette parallele divergono); abbiamo bisogno di un "righello cosmico". Infatti dalla differenza fra dimensioni reali di un oggetto a grande distanza nello spazio-tempo e quelle che noi misuriamo da terra potremmo risalire alla curvatura dell'universo. Dai dati di WMAP ed altri esperimenti, scegliendo come righello la distanza percorsa da un'onda sonora fino all'era del disaccoppiamento, risulta che il parametro fondamentale è pari ad uno, e quindi la densità di energia nell'universo è pari alla densità critica.
Questo implica per l'universo una composizione del 4% di materia ordinaria, del 23% di materia oscura di cui vediamo i soli effetti gravitazionali e del 73% di energia oscura, di cui sappiamo solamente essere responsabile dell'accelerazione nell'allontanamento degli astri.
