IL BIG BANG E L’UNIVERSO

Quella del Big Bang è la teoria scientifica sull’origine del cosmo attualmente più accreditata: postula che il nostro universo abbia avuto origine circa 13,8 miliardi di anni fa da uno stato estremamente caldo e denso, e che da allora si sia espanso in modo sostanzialmente continuo. La teoria del Big Bang si è imposta all’attenzione della comunità scientifica nel corso dello scorso secolo, quando una serie di osservazioni sperimentali hanno messo progressivamente in crisi i modelli di universo stazionario, molto in voga fino almeno alla metà del Novecento, che prevedevano un cosmo immutabile nello spazio e nel tempo.

Le due prove decisive a favore della teoria del Big Bang furono l’osservazione dell’espansione dell’universo, grazie alle misurazioni raccolte dall’astronomo Edwin Hubble negli anni venti, e la scoperta della radiazione cosmica di fondo: quest’ultima è una sorta di “eco” del big bang che tuttora permea l’intero universo, osservata per la prima volta in modo accidentale nel 1965 dai radioastronomi Arno Penzias e Robert Wilson. In mezzo, è importante citare anche il lavoro del fisico George Gamow, che nell’immediato dopoguerra fornì solide basi teoriche alla teoria del big bang e previde la radiazione di fondo. Osservazioni cosmologiche più recenti realizzate da diverse sonde spaziali (tra cui il satellite Planck dell’Agenzia Spaziale Europea) hanno permesso di mappare in modo estremamente preciso la distribuzione della radiazione cosmica di fondo, le cui piccole disomogeneità (lievi fluttuazioni di temperatura e densità) sono il segno delle fluttuazioni da cui si pensa si siano originate le strutture dell’universo attuale. La teoria del Big Bang è tuttora messa alla prova da ricerche teoriche e osservative sempre più dettagliate, che indagano le molte questioni ancora aperte sulle origini dell’universo.

Ammasso globulare stellare NGC 6355 ripreso da Hubble (© ESA/Hubble & NASA, E. Noyola, R. Cohen)

Rappresentazione dell'evoluzione dell'universo (© INFN)

L’evoluzione dell’universo e il suo destino

Dallo stato iniziale estremamente caldo e denso, immediatamente successivo al big bang, l’universo ha attraversato una serie di trasformazioni che hanno portato alla graduale formazione di particelle, atomi, pianeti, stelle, galassie e strutture via via più complesse. Le varie fasi che hanno caratterizzato l’evoluzione dell’universo sono state ricostruite con grande precisione nel contesto del modello cosmologico standard, l’impalcatura teorica (fondata sull’ipotesi del big bang) che a oggi descrive nel modo più efficace e preciso la storia del cosmo. Tuttavia, restano sullo sfondo molti problemi aperti, su cui si concentrano le attuali ricerche teoriche e sperimentali nel campo della cosmologia. Per citarne solo alcuni, la natura della materia oscura, il cui ruolo è stato cruciale per la formazione delle prime galassie, e dell’energia oscura, associata all’osservazione di un’espansione accelerata dell’universo.

Un altro fenomeno oggetto di dibattito è la cosiddetta inflazione cosmica, una fase di rapidissima espansione che sarebbe avvenuta nei primi istanti di vita del cosmo, tale da moltiplicare di una quantità enorme il fattore di scala dell’universo: si tratta di un paradigma largamente accettato nella comunità scientifica, soprattutto perché giustificherebbe l’attuale omogeneità dell’universo su larga scala, tuttavia una prova sperimentale decisiva dell’inflazione è ancora mancante. Anche il futuro e il destino dell’universo sono questioni aperte, che hanno da sempre affascinato i cosmologi. L’ipotesi più probabile è che l’universo prosegua la sua espansione indefinitamente (favorita dalla “spinta” dell’energia oscura), arrivando a una sorta di triste “morte termica” che porterebbe allo spegnimento graduale di tutte le stelle. Un’ipotesi alternativa è il cosiddetto big crunch, secondo cui a un certo punto l’attrazione gravitazionale potrebbe prevalere sull’espansione, portando l’universo a collassare su sé stesso, in una sorta di big bang al contrario (quest’ultima ipotesi è tuttavia oggi considerata improbabile, soprattutto dopo l’osservazione dell’espansione accelerata dell’universo).

Rappresentazione delle diverse teorie sul futuro dell'universo (© INFN)

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