Macchia fredda nella radiazione cosmica di fondo

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1leftarrow.pngVoce principale: Radiazione cosmica di fondo.

L'area cerchiata è la macchia fredda

La macchia fredda nella radiazione cosmica di fondo o macchia fredda del WMAP, è una porzione della volta celeste che, se osservata nelle spettro delle microonde, appare più estesa e fredda rispetto alle proprietà attese della radiazione cosmica di fondo (CMB). In media, la fluttuazione tipica delle temperature della radiazione cosmica di fondo (CMB) è nell'ordine di 10−5, mentre la macchia fredda è di 70 µK più fredda della temperatura media della CMB (quest'ultima pari circa 2,7 K).

Il raggio della macchia è di 5° circa; il centro si trova alle coordinate galattiche: lII = 207,8°, bII = −56,3° (equatoriale: α: = 03h15m05s, δ = −19d35m02s). Questa si trova nell'emisfero sud della volta celeste, nella costellazione dell'Eridano.

Secondo i modelli teorici generalmente accettati dalla comunità scientifica, le fluttuazioni più larghe della radiazione di fondo avvengono entro una scala angolare di circa 1°; per questo motivo, macchie fredde grandi come queste appaiono alquanto improbabili. Esistono alcune spiegazioni alternative per questa macchia, quali il Supervuoto di Eridano o il Grande Vuoto. Questa regione sembra essere grande all'incirca 150 Mpc, ovvero 500 milioni di anni luce, ad uno spostamento verso il rosso di z\simeq 1, con una densità di materia di molto minore rispetto alla densità media allo spostamento verso il rosso. Un vuoto così grande influisce sulla radiazione di fondo osservata tramite l'effetto Sachs-Wolfe. Se esistesse un'altra regione di supervuoto comparabile a questa, sarebbe una delle più larghe strutture dell'universo osservabile.

Scoperta e significato[modifica | modifica wikitesto]

Al primo anno di risultati del WMAP, è stata scoperta una regione nella costellazione dell'Eridano più fredda dell'area circostante.[1]. In seguito, usando i dati al terzo anno del WMAP, è stato calcolato il significato statistico di quest'area: la probabilità di trovare una deviazione almeno pari a questa, nelle simulazioni gaussiane, è risultato essere dell'1,85%[2]. In questo modo appare improbabile, ma non impossibile, che la macchia fredda sia stata generata dal meccanismo standard delle fluttuazioni quantistiche durante il periodo di inflazione cosmologica, che nella maggior parte dei modelli inflazionistici dà luogo a statistiche di tipo gaussiane. La macchia fredda potrebbe anche essere un segnale di fluttuazioni primordiali di tipo non-gaussiano.

Studi recenti, tuttavia, hanno messo in dubbio la significatività statistica di questo punto freddo[3].

Possibili altre cause[modifica | modifica wikitesto]

Supervuoto[modifica | modifica wikitesto]

Correlazione tra il supervuoto e la temperatura della radiazione di fondo[4]

Una possibile spiegazione della macchia fredda è un supervuoto tra noi e la radiazione cosmica di fondo primordiale. Tale vuoto può produrre una regione più fredda rispetto all'area circostante, per l'effetto Sachs-Wolfe integrato o l'effetto Rees-Sciama[5]; questo effetto sarebbe molto più piccolo se l'energia oscura non espandesse il vuoto al passaggio dei fotoni.

Rudnick e altri[6] hanno trovato una discontinuità nella conta del numero di galassie nel catalogo NRAO VLA Sky Survey in direzione della macchia fredda, il che suggerisce la presenza di un supervuoto. Da allora, alcuni studi hanno messo in dubbio la spiegazione del supervuoto; la correlazione tra la discontinuità della NVSS e la macchia fredda è risultata essere marginale usando un'analisi statistica più conservativa[7]. Inoltre, un'indagine diretta per le galassie in diversi campi di un grado quadrato all'interno della macchia fredda non hanno trovato alcuna prova di un super vuoto[8]. Tuttavia, la spiegazione del supervuoto non è stata eliminata del tutto: rimane interessante dal momento che il supervuoto sembra che possa cambiare in maniera misurabile la radiazione di fondo[4][9].

Anche se nell'universo sono noti vuoti di grandi dimensioni, questo in esame dovrebbe essere eccezionalmente vasto per poter generare la macchia fredda, probabilmente 1000 volte più grande in volume dei vuoti tipici previsti. Si troverebbe da 6 a 10 miliardi di anni luce di distanza e dovrebbe avere una dimensione di circa un miliardo di anni luce.

Texture cosmica[modifica | modifica wikitesto]

Nel 2007, Cruz ed altri studiosi[10] hanno ipotizzato che la macchia fredda sia dovuta a una texture cosmica, ciò che resta di una transizione di fase nell'universo primordiale

Universo parallelo[modifica | modifica wikitesto]

Secondo un'ipotesi di Laura Mersini-Houghton, la macchia fredda può essere l'impronta di un altro universo dietro al nostro, causata da un entanglement quantistico tra gli universi, prima che gli stessi venissero separati dall'inflazione[11]. Secondo Mersini-Houghton,

(EN)
« Standard cosmology cannot explain such a giant cosmic hole »
(IT)
« La cosmologia standard non è in grado di spiegare questo gigantesco buco cosmico »

Questa constatazione le ha fatto avanzare l'ipotesi che tale macchia fredda sia

(EN)
« [...] the unmistakable imprint of another universe beyond the edge of our own. »
(IT)
« [...] l'impronta inconfondibile di un altro universo appena dietro al nostro. »

Se confermata, sarebbe la prima prova empirica dell'esistenza di un universo parallelo; fornirebbe un supporto anche alla teoria delle stringhe. Il gruppo di ricerca ha dichiarato l'esistenza di conseguenze verificabili per quest'ipotesi: se, infatti, la teoria degli universi paralleli dovesse risultare esatta, dovrebbe esserci un punto simile alla macchia fredda nell'emisfero sud della sfera celeste[12].

Trovare un metodo[modifica | modifica wikitesto]

Alcuni ricercatori dell'Università del Michigan hanno sottolineato il fatto che la macchia fredda sia così anomala in quanto si distingue bene rispetto all'area circostante relativamente calda: non è così rara se si considerano solo la dimensione e la temperatura della macchia stessa[3]. Detto in maniera più tecnica, la rilevazione della macchia e il suo significato dipenderebbero dall'uso di un filtro compensativo, come una wavelet cappello messicano.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ (EN) Cruz, Martínez-González, Vielva e Cayón, Detection of a non-Gaussian Spot in WMAP, MNRAS 356 29-40, 18 maggio 2004. URL consultato il 27 giugno 2009.
  2. ^ Cruz, Cayón, Martínez-González, Vielva & Jin (2007), "The non-Gaussian Cold Spot in the 3-year WMAP data", Astrophys.J. 655 11-20
  3. ^ a b Zhang & Huterer (2009), "Disks in the sky: A reassessment of the WMAP "cold spot", http://arxiv.org/abs/0908.3988
  4. ^ a b Granett, Neyrinck & Szapudi, [1] "An Imprint of Super-Structures on the Microwave Background due to the Integrated Sachs-Wolfe Effect", ApJ, 683, L99
  5. ^ Inoue & Silk, 2006, "Local Voids as the Origin of Large-Angle Cosmic Microwave Background Anomalies I", ApJ 648 23-30
  6. ^ "Extragalactic Radio Sources and the WMAP Cold Spot", ApJ, 671, pp. 40-44
  7. ^ Smith & Huterer, "No evidence for the cold spot in the NVSS survey", MNRAS, submitted
  8. ^ Granett, Szapudi & Neyrinck, "Galaxy Counts on the CMB Cold Spot", ApJ, in press
  9. ^ Dark Energy and the Imprint of Super-Structures on the Microwave Background
  10. ^ M. Cruz, N. Turok, P. Vielva, E. Martínez-González, M. Hobson, A Cosmic Microwave Background Feature Consistent with a Cosmic Texture in Science, vol. 318, 2007, p. 1612, DOI:10.1126/science.1148694. URL consultato il 25 ottobre 2007.
  11. ^ The void: Imprint of another universe?, New Scientist, 2007-11-24
  12. ^ Evidence for a parallel universe?, The Blog of Science

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]