Ascoltiamo il BIG BANG: la voce dell’Universo nei suoi primi 760.000 anni di vita

13,7 miliardi di anni fa,con il Big Bang, nacque l’Universoche si sviluppò poi secondo la sequenza temporale indicata nell’immagine che potete osservare qui sotto, tra poche righe sulla destra. Cosa ci fosse prima nessuno lo sa  esattamente. Fatto sta che a un certo punto qualcosa di apocalittico accadde:  ci fu un’immensa esplosione che sviluppò un enorme calore ed una temperatura di miliardi di gradi (tanto per farsi un’idea, la temperatura superficiale del sole è di “appena” 6.000°C).

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Da qual momento, un mix densissimo di plasma ed energia cominciò ad espandersi rapidamente; ma la forza  di gravità era talmente grande  che non consentiva a nulla di sfuggire, nemmeno alle radiazioni;  e quindi neppure ai fotoni. Per questo motivo, ammesso che un ipotetico essere umano posto in una altrettanto ipotetica posizione di osservazione (infatti nemmeno lo spazio, come neanche il tempo,  esistevano ancora) avrebbe tuttavia potuto vedere quella esplosione, né sentirla. In quella immensa concentrazione erano possibili solo processi di interazione tra particelle a livello sub atomico e stringhe di energia, e la materia che conosciamo non era ancora nata.

Espandendosi, l’Universo cominciò anche a raffreddarsi.

Dopo 376.000 anni la temperatura era scesa a “soli” 3.000°C: ciò consentì la formazione dei primi atomi, elettricamente neutri e con essi, successivamente, la materia che conosciamo. Fu allora che le onde elettromagnetiche ed i fotoni, non più costretti ad interagire unicamente con le cariche elettriche libere del plasma caldo, poterono  iniziare anch’essi a propagarsi nello spazio che veniva  a crearsi man mano che l’espansione proseguiva.

E fu allora che l’Universo emise la sua prima radiazione, la radiazione primordiale, che cominciò a diffondersi nello spazio in ogni direzione.

Quindi, se volessimo “ascoltare” il segnale emesso dall’Universo quando esso diventò “visibile”,cioè quando aveva 376.000 anni, dovremmo innanzitutto cercare con un radiotelescopio le tracce di una radiazione elettromagneticaisotropica (cioè rilevabile in qualsiasi direzione dello spazio si punti).

Per la verità, la strada della scoperta della radiazione primordiale è stata percorsa esattamente al contrario. Infatti negli anni sessanta, alcuni scienziati, nel corso di rilievi radioastronomici, scoprirono casualmente una radiazione elettromagnetica alla frequenza di 160.2 GHz, rilevabile in ogni direzione di osservazione. Accertato che non si trattasse di una banale  interferenza di origine terrestre, come in un primo momento si era ritenuto, si dedusse successivamente che quella era la radiazione cosmica di fondo, che fu appunto chiamata CMBR (cosmic microwave background radiation). A quella frequenza corrisponde una temperatura di emissione di 2,72°K(-270,27°C). (Per un approfondimento sul concetto di temperatura di emissione, si rimanda aquest’articolo e a quest’ulteriore approfondimento già pubblicati su MeteoWeb nella rubrica “Viaggio nel mondo delle onde elettromagnetiche”). Questo valore molto basso di temperatura di emissione (poco sopra lo zero assoluto) è compatibile con il fatto che la radiazione primordiale, con il tempo e con il dilatarsi nello spazio, si sia potuta “raffreddare”. Il valore della CMBR,  correlato ad altri parametri cosmologici, ci indica anche come  la radiazione sia vecchia esattamente di 13,7 miliardi di anni: è pertanto questa l’età dell’Universo.

Dopo la sua scoperta,  ulteriori rilevi effettuati dalla NASA con la sonda WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) hanno consentito di tracciare una mappa molto dettagliata della  distribuzione spaziale della radiazione e della relativa temperatura di emissione, evidenziando che questa presenta dei piccoli scostamenti di valore (dell’ordine dei millesimi di grado ed anche più piccoli) corrispondenti quindi anche a frequenze (anche se di pochissimo) differenti, come si può notare nell’immagine qui affianco fornita dalla NASA.

In pratica la mappa della radiazione fornisce la “registrazione” di quando l’Universo aveva un’età di 376.000 anni. Le differenze di temperatura sono spiegabili con variazioni nella concentrazione di materia; cioè denotano la presenza di compressioni e rarefazioni della stessa, fenomeni tipici della propagazione di un’onda sonica.

Si potette  così  dedurre, come è ormai è accertato,  che l’Universo primordiale era percorso anche da onde sonore!
Ciò, in prima istanza, potrebbe apparire strano, sapendo che la propagazione del suono non può avvenire nel vuoto. Ma nel periodo immediatamente successivo al Big Bang lo spazio esistente non era prevalentemente vuoto come lo è oggi, anzi, era particolarmente denso: ciò giustifica appunto la tesi che, dopo il Big Bang e per un certo periodo, si siano potute generare e propagare nell’Universo anche onde sonore.

Adesso facciamo un esempio alla portata di tutti : se ascoltassimo il boato di una esplosione avvenuta, diciamo a 5 Km di distanza,  quel rumore non sarebbe da noi ascoltato in tempo reale: infatti impiegherebbe circa 15 secondi per raggiungerci (essendo circa 340 metri al secondo la velocità nel suono nell’aria). L’ascolto di quel boato, rilevabile per un certo tempo, prima di dissolversi, farebbe capire ad un osservatore che qualcosa è successo: ad una certa distanza nello spazio e, pur se di poco, anche nel tempo. Naturalmente l’esplosione dell’esempio è un fenomeno appartenente ad un contesto caratterizzato da dimensioni spaziali, nonché da  livelli temporali appartenenti ad una scala ben diversa di quella cosmica! In ogni caso quel rumore risulterebbe di intensità decrescente in misura proporzionale  alla distanza dalla sorgente e, in assenza di fattori dissipativi, potrebbe essere ascoltato anche a distanze molto grandi e quindi molto tempo dopo il verificarsi dell’evento. E’ inoltre noto a tutti come un contrabbasso, le cui corde e la cui cassa acustica hanno dimensioni più elevate di quelle di un violino, rispetto  a questo riproducano suoni più gravi, cioè ad una lunghezza d’onda più grande. Risulta così facile da comprendere come, a causa delle smisurate dimensioni in gioco dell’intero contesto in cui si produssero, le onde acustiche generate in quella fase della formazione dell’Universo avessero frequenze infinitamente basse e quindi una lunghezza d’onda  immensa, inimmaginabile, stimabile in diverse migliaia di anni luce! Quindi quei suoni non sarebbero stati assolutamente udibili dal solito ipotetico osservatore umano e, per la verità nemmeno da qualsivoglia creatura da noi conosciuta.

Tutto ciò premesso, ad uno scienziato americano, ilProf. John G. Cramer del Dipartimento di fisica della University of Washington di Seattle, anni fa venne in mente di cercare di riprodurre il suono del Big Bang in modo tale che fosse udibile anche dagli umani,  e ciò per venire incontro alla richiesta di una maestra che gli aveva domandato se fosse possibile fare ascoltare ai suoi alunni il rumore del Big Bang. Allo scopo, J. G. Cramer prese i valori di temperatura rilevati dalla sonda WMAP (che, come abbiamo visto, rilevavano differenze di concentrazione di materia, cioè compressioni e rarefazioni assimilabili alla fenomenologia  connessa alla propagazione di un’onda acustica) e li elaborò con un software per audio riproduzioni. Prima di tutto assunse che le diverse sinusoidi generate partissero tutte contemporaneamente al momento del Big Bang e che avessero un picco di intensità esattamente dopo 376.000 anni  e si riducessero al 60% di tale picco nei 110.000 anni precedenti e successivi, esattamente in accordo ai dati rilevati dalla sonda  WMAP. Poi apportò le correzioni in frequenza verso il basso dovute all’effetto Doppler causato dall’espansione dell’Universo, al fine di poter produrre l’andamento del suono per un certo periodo, che scelse in 760.000 anni a partire dal Big Bang (per un approfondimento sull’effetto Doppler,  si rimanda a quest’articolo pubblicato su MeteoWeb nella rubrica “Viaggio nel mondo delle onde elettromagnetiche). Quindi aumentò le frequenze acustiche rilevate di un fattore di 10 alla 26, per renderle udibili all’orecchio umano. Infine ridusse la scala dei tempi da 760.000 anni a 100 secondi: infatti la riproduzione dura appunto 100 secondi. Dal suo ascolto si potrà notare come il suono del Big Bang non è simile a quello della detonazione di una bomba (come ci si potrebbe aspettare), bensì a al rumore di un jet che vola in cielo, con le note variazioni di tonalità dovute all’effetto Doppler causate dal movimento della sorgente.

In coda all’articolo trovate il video con il suono del Big Bangper un ascolto ottimale è consigliato un sistema audio di buone caratteristiche.

Credits:

  • Immagini produzione NASA  –  WMAP Science  team e varie tratte dal web
  • Filmato: file audio  realizzato da  ”(c) John G. Cramer – 2003″ http://faculty.washington.edu/jcramer/    
  • animazioni video:  realizzazione MeteoWeb

Buona visione!

Di Saverio Spinelli

Fonte: http://www.meteoweb.eu/2013/01/il-suono-del-big-bang-ascoltiamo-la-voce-delluniverso-nei-suoi-primi-760-000-anni-di-vita/175463/

 

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