Da Talete ad Aristotele, fino a Tolomeo, si
succedettero diverse concezioni di un Universo
geocentrico e limitato, in cui i corpi celesti
ruotavano incastonati in sfere enormi di cristallo.
Nel II secolo, il greco Tolomeo propose un nuovo
sistema geocentrico: un Universo chiuso,
geocentrico, in cui il Sole e la Luna girano ciascuno
attorno alla Terra.
Nel 1543, il monaco polacco Niccolò Copernico
suggerì che fosse il Sole a trovarsi al centro
dell'Universo allora conosciuto.
Poiché la Chiesa riteneva che il ruolo di centro
dell'Universo spettasse alla Terra, la teoria di
Copernico fu considerata un'eresia
Spettò ad Isaac Newton porre le
basi della fisica moderna e
pensare ad un cosmo illimitato.
Dai suoi studi sulla gravità e sulla
meccanica celeste, dedusse che
l’Universo dovesse essere
infinito, poiché solo in questo
caso poteva mantenersi in
equilibrio gravitazionale senza
sprofondare verso il centro.
Iniziò così l’astronomia moderna
1915: Einstein pubblicò la teoria della relatività che
presupponeva un universo limitato e statico
Si accorse che le sue equazioni esigevano che gli
universi da lui ipotizzati si espandessero o si
contraessero col passare del tempo.
Modificò la struttura delle equazioni introducendovi
un termine (la “costante cosmologica”) che
rappresentava una forza che si opponeva
all’attrazione gravitazionale, mantenendo statico
l’universo.
Friedmann si convinse che l’universo statico
rappresentava solamente una delle soluzioni
delle equazioni modificate, ma non l’unica.
Molti anni dopo, Einstein ebbe modo di definire la costante cosmologica “la
più grande cantonata della mia vita”.
O
S
S
E
R
V
A
Z
I
O
N
E
Se la distanza tra i due fronti d’onda
successivi di un corpo in movimento
è breve/lunga la frequenza
sarà maggiore/minore
Spostamento
del colore
delle galassie
verso il rosso,
proporzionale
alla distanza
Effetto Doppler
V=H d
(legge di Hubble)
V = velocità
d = distanza
H = costante di Hubble
Teoria dell’universo
stazionario
di Bondi, Hoyle e
Gold (1948)
Teoria del Big Bang
di George Gamow
Ritiene valido il "principio cosmologico perfetto"
per cui l'universo risulta sempre identico in
qualunque luogo e in qualunque momento.
La diminuzione di densità provocata dall'espansione
viene bilanciata esattamente da una continua
produzione di nuova materia.
Elementi incompatibili con la teoria
• mancanza di qualunque conferma sulla possibilità di
formazione di nuova materia;
•aumento della densità media dell’Universo nel lontano
passato e non una condizione stazionaria;
• scoperta della radiazione cosmica di fondo.
Nel 1927 lo scienziato e sacerdote Georges Leîmatre ipotizzò
che l'universo si fosse generato da un composto di atomi ad
altissima concentrazione.
Nel 1946 l'americano di origine russa George Gamow propone
un nuovo modello di universo, nell'istante zero, concentrato in
un volume più piccolo di un atomo,”atomo primordiale”, con una
densità pressoché infinita e a una temperatura di miliardi e
miliardi di gradi, originatosi da una grande esplosione iniziale,
detta Big Bang cosmico
Era della radiazione
t=0
t = 1s
t=3s
t = 120 s
Era della materia
Atomo primordiale
La materia è scomposta in
quark;
i quark si uniscono a
gruppi di tre a formare
i protoni, i neutroni e
gli altri adroni;
i protoni e i neutroni si
uniscono a loro volta per
dare origine ai nuclei
degli elementi più leggeri
(elio e deuterio);
Sotto i 3000 K, si formano gli
atomi, Questo istante è detto
disaccoppiamento fotonico ;
t = 300.000
anni
t=1
miliardo
di anni
protoni e gli elettroni si
combinano per creare i
primi atomi di idrogeno,
mentre i fotoni, liberi
ormai da ogni vincolo,
possono così irradiarsi in
tutte le direzioni sotto
forma di radiazione
cosmica di fondo;
le stelle e le galassie
sarebbero nate entro
il primo miliardo di
anni di vita
dell'universo.
Fu scoperta per caso nel 1965 da
Arno Penzias e Robert Wilson,
entrambe ricercatori della
Compagnia dei telefoni americana
Bell mentre studiavano le sorgenti
dei rumori radio, scoprirono un
segnale anomalo, che proveniva da
tutte le direzioni e non trovava
alcuna plausibile connessione con
sorgenti terrestri o celesti.
La radiazione era uguale a quella che sarebbe emessa da un
corpo perfettamente radiante a una temperatura di 2,7
Kelvin al di sopra dello zero assoluto (-270,3°C). Secondo i
calcoli di alcuni teorici doveva essere a questo livello il calore
residuo della radiazione del big bang primordiale.
Nel 1989, la NASA lanciò il satellite Cosmic Background
Explorer (COBE) e i risultati erano coerenti con la teoria del
Big Bang: il satellite ha tracciato una mappa che mette in
evidenza minuscole variazioni nella radiazione di fondo.
Tali variazioni sono interpretate
come disuniformità nella
distribuzione della materia ,una
sorta di “increspature” dalle
quali avrebbe tratto origine la
distribuzione di galassie
riconosciuta nella struttura
dell’Universo.
Le osservazioni estremamente precise del
Telescopio Spaziale Hubble
forniscono informazioni altrettanto precise
sulla velocità di espansione a tempi remoti,
cioè per grandi valori dello
spostamento verso il rosso.
La temperatura è ormai quella di
una qualsiasi stella e la materia è
fatta di idrogeno, elio, elettroni,
protroni e fotoni.
Diventano sempre più numerose le
galassie a spirale, formate da miliardi
di stelle, in continua evoluzione.
Nei nuclei delle stelle e nelle
esplosioni delle supernovae si
formano via via gli elementi
chimici più pesanti, che, sotto
forma di ceneri, finiscono per
mescolarsi alle polveri e i gas
delle nebulose, dove nascono
nuove popolazioni di stelle
Circa 5 miliardi di
anni fa, si accese il
Sole.
La previsione è ostacolata dall’incertezza con cui
conosciamo la densità media della materia di cui è
costituito l’Universo.
Se il valore della densità è quello
definito critico, l’espansione
rallenterà , fino a fermarsi e così
avrà inizio il fenomeno opposto, un
collasso incontrollato che si
concluderà con quello che è stato
definito Big Crush.
Se la densità è inferiore al
valore critico , l’espansione
continuerà senza fine, le stelle
consumeranno tutto il loro
combustibile e le galassie
diventeranno sistemi oscuri di
corpi freddi e inerti.
Tenendo conto della materia “oscura”, la densità attuale è circa il
10% del valore critico.
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Materia non oscura
Materia oscura: Non emette
luce visibile
Ogni stella appartenente ad una galassia a spirale ruota con una propria
velocità intorno al centro.
La velocità di una stella dovrebbe decrescere all'aumentare della distanza.
Si trova invece un andamento crescente della velocità e, non decrescente,
come nelle aspettative.
La spiegazione più accreditata della maggiore velocità delle stelle esterne
presuppone la presenza di materia non visibile diffusa nell'alone di ogni galassia