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Neutrini ed energia oscura dall'Antartide

articolo di Masiero Sabrina

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L'analisi dei dati che provengono dal Science Foundation (NSF), che ha finanziato la costruzione del South Pole Telescope (SPT) di dieci metri, posizionato in Antartide, offre un nuovo supporto alla spiegazione più largamente accreditata sull'energia oscura, la sorgente di una forza misteriosa, ancora non spiegata completamente, che è responsabile dell'espansione accelerata dell'universo.

I risultati iniziano ad affinare la piccolissima massa dei neutrini, le particelle più abbondanti nell'universo che fino a poco tempo fa erano ritenute prive di massa.

I dati ottenuti dall'SPT sostengono fortemente la costante cosmologica introdotta da Albert Einstein, il modello guida per l'energia oscura, anche se i ricercatori basano le loro analisi solo su una piccola frazione dei dati raccolti da SPT e solo su 100 degli oltre 500 ammassi di galassie studiate finora.

"Con i dati al completo di SPT saremo in grado di mettere dei vincoli più stretti all'energia oscura e possibilmente di determinare la massa dei neutrini" ha affermato Bradford Benson, Post PhD finanziato dalll'NSF e che lavora presso l'Università di Chicago, al Kavli Institute for Cosmological Physics.

280 tonnellate per 22,86 metri di altezza, SPT è il più grande telescopio astronomico mai costruito per l'aria limpida e secca dell'Antartide. Collocato presso l'Amundsen-Scott South Pole Station dell'NSF nel polo geografico sud, sorge ad un'altitudine di 2835 metri su un plateau polare. A causa della sua posizione strategica, praticamente sull'asse polare, è possibile effettuare osservazioni a lungo termine.

SPT è stato progettato specificatamente per affrontare lo studio dell'energia oscura, operando a lunghezze d'onda millimetriche per ricavare immagini ad alta risoluzione della radiazione cosmica di fondo (CMB), ciò che è rimasto in forma di luce della nota esplosione, il Big Bang, che diede origine al nostro universo.

I ricercatori utilizzano la CMB per la ricerca di ammassi di galassie lontane che possono essere utilizzate per individuare le proprietà della materia oscura e, inoltre, per aiutare a definire la massa del neutrino. "La CMB è letteralmente un'immagine dell'universo a soli 400000 anni di vita, all'epoca in cui i primi pianeti, stelle e galassie si stavano formando nell'Universo" ha affermato Benson. "La CMB ha viaggiato attraverso l'intero universo visibile, per almeno 14 miliardi di anni, e durante il suo viaggio vengono impresse informazioni riguardanti sia il contenuto che l'evoluzione dell'universo".

La proprietà più ampiamente accettata dell'energia oscura è che essa è dotata di una forza che agisce ovunque ed in ogni istante nell'universo. Questa forza potrebbe essere la manifestazione della costante cosmologica di Einstein che assegna energia allo spazio, anche quando è privo di materia e di radiazione.
Einstein considerava la costante cosmologica uno dei suoi più grandi errori dopo aver appreso che l'universo non era statico, bensì in espansione. Alla fine degli anni novanta del secolo scorso, i ricercatori astronomi scoprirono che l'espansione dell'universo sembrava essere accelerata in accordo con le misure delle distanze cosmiche basate sulla luminosità relativamente uniforme delle stelle che esplodono, le supernove. La scoperta fu una sorpresa perché la gravità avrebbe dovuto rallentare l'espansione che aveva seguito il Big Bang. Einstein introdusse la costante cosmologica nella sua teoria della Relatività Generale per spiegare un universo stazionario, l'idea dominante del suo tempo. Ma la sua costante si adatta bene anche nel caso di un universo che accelera, ora supportato da innumerevoli osservazioni astronomiche.

Altri ipotizzano che la gravità potrebbe operare in modo differente su grandi scale dell'universo. In entrambi i casi, le misure astronomiche puntano ad una nuova fisica che deve ancora essere compresa.

Dato che la CMB passa attraverso gli ammassi di galassie, gli ammassi effettivamente lasciano delle "ombre" che permettono ai ricercatori di identificare gli ammassi di galassie più massicci nell'universo quasi indipendentemente dalla loro distanza.

"Gli ammassi di galassie sono i più massicci oggetti anche se i più rari dell'universo, e quindi possono essere visti come delle sonde importanti per studiare la fisica su larga scala dell'universo" ha affermato John Carlstrom, Professore Emerito in Astronomia e Astrofisica che guida la collaborazione SPT. La sensibilità insuperabile e la risoluzione delle mappe della CMB prodotte con il South Pole Telescope forniscono la visione più dettagliata dell'universo giovane e permettono di trovare tutti gli ammassi massicci nell'universo lontano. Il numero di ammassi che si sono formati nella storia dell'universo è sensibile con la massa dei neutrini e con l'influenza dell'energia oscura sulla crescita delle strutture cosmiche.

I neutrini sono tra le particelle più abbondanti nell'universo. Circa 1000 miliardi di neutrini ci attraversano in ogni secondo anche se difficilmente ce ne accorgiamo perché raramente interagiscono con la materia ordinaria.

Il team di SPT è stato in grado di migliorare le stime delle masse dei neutrini ottenendo un valore che si avvicina alle predizioni derivanti dalle misure della fisica delle particelle. "E' sorprendente come le misurazioni di SPT delle più grandi strutture dell'universo guidino a nuove intuizioni sui neutrini così tanto evasivi" ha affermato Lloyd Know, Professore di Fisica presso l'Università della California a Davis e membro della collaborazione SPT.

Crediti: Daniel Luong-Van, National Science Foundation


 
Il South Pole Te...
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Questo articolo è stato pubblicato sul giornalino Pulsar (numero 36, anno 2012)

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