La composizione dell'Universo

L'universo è un luogo vasto e affascinante. Quando gli astronomi considerano di cosa è fatto, possono puntare direttamente ai miliardi di galassie che contiene. Ognuno di questi ha milioni o miliardi, o addirittura trilioni di stelle. Molte di quelle stelle hanno pianeti. Ci sono anche nuvole di gas e polvere. 

Tra le galassie, dove sembra che ci sarebbero pochissime "cose", in alcuni punti esistono nuvole di gas caldi, mentre altre regioni sono vuoti quasi vuoti. Tutto ciò che è materiale che può essere rilevato. Quindi, quanto può essere difficile guardare nel cosmo e stimare, con ragionevole accuratezza, la quantità di massa luminosa (il materiale che possiamo vedere) nell'universo, usando l'astronomia della radio, dell'infrarosso e dei raggi X?

Rilevare "roba" cosmica

Ora che gli astronomi hanno rilevatori altamente sensibili, stanno facendo grandi progressi nel capire la massa dell'universo e ciò che compone quella massa. Ma non è questo il problema. Le risposte che stanno ricevendo non hanno senso. Il loro metodo per sommare la massa è sbagliato (non probabile) o c'è qualcos'altro là fuori? qualcos'altro che non possono vedere? Per capire le difficoltà, è importante capire la massa dell'universo e come gli astronomi la misurano.

Misurazione della massa cosmica

Uno dei maggiori elementi di prova per la massa dell'universo è qualcosa chiamato sfondo cosmico a microonde (CMB). Non è una "barriera" fisica o qualcosa del genere. Invece, è una condizione dell'universo primordiale che può essere misurata usando i rivelatori a microonde. Il CMB risale a poco dopo il Big Bang ed è in realtà la temperatura di fondo dell'universo. Pensalo come calore che è rilevabile in tutto il cosmo allo stesso modo da tutte le direzioni. Non è esattamente come il calore proveniente dal sole o che si irradia da un pianeta. Invece, è una temperatura molto bassa misurata a 2,7 gradi K. Quando gli astronomi vanno a misurare questa temperatura, vedono piccole, ma importanti fluttuazioni diffuse in questo "calore" di fondo. Tuttavia, il fatto che esista significa che l'universo è essenzialmente "piatto". Ciò significa che si espanderà per sempre.

Quindi, cosa significa questa piattezza per capire la massa dell'universo? Essenzialmente, date le dimensioni misurate dell'universo, significa che ci deve essere abbastanza massa ed energia al suo interno per renderlo "piatto". Il problema? Bene, quando gli astronomi sommano tutta la materia "normale" (come le stelle e le galassie, oltre al gas nell'universo, questo è solo circa il 5% della densità critica di cui un universo piatto ha bisogno per rimanere piatto.

Ciò significa che il 95 percento dell'universo non è stato ancora rilevato. È lì, ma che cos'è? Dov'è? Gli scienziati affermano che esiste come materia oscura ed energia oscura. 

La composizione dell'Universo

La massa che possiamo vedere è chiamata materia "barionica". Sono i pianeti, le galassie, le nuvole di gas e gli ammassi. La massa che non può essere vista si chiama materia oscura. C'è anche energia (luce) che può essere misurata; è interessante notare che esiste anche la cosiddetta "energia oscura". e nessuno ha un'ottima idea di cosa sia. 

Quindi, cosa costituisce l'universo e in quali percentuali? Ecco una ripartizione delle attuali proporzioni di massa nell'universo.

Elementi pesanti nel cosmo

Innanzitutto, ci sono gli elementi pesanti. Costituiscono circa lo 0,03% circa dell'universo. Per quasi mezzo miliardo di anni dopo la nascita dell'universo gli unici elementi che esistevano erano l'idrogeno e l'elio. Non sono pesanti.

Tuttavia, dopo che le stelle sono nate, vissute e morte, l'universo ha iniziato a essere seminato con elementi più pesanti dell'idrogeno e dell'elio che venivano "cotti" all'interno delle stelle. Ciò accade quando le stelle fondono l'idrogeno (o altri elementi) nei loro nuclei. Stardeath diffonde tutti quegli elementi nello spazio attraverso nebulose planetarie o esplosioni di supernova. Una volta che sono sparsi nello spazio. sono il materiale principale per costruire le prossime generazioni di stelle e pianeti. 

Questo è un processo lento, tuttavia. Anche quasi 14 miliardi di anni dopo la sua creazione, l'unica piccola parte della massa dell'universo è costituita da elementi più pesanti dell'elio.

I neutrini

Anche i neutrini fanno parte dell'universo, sebbene solo circa lo 0,3 per cento di esso. Questi sono creati durante il processo di fusione nucleare nei nuclei delle stelle, i neutrini sono particelle quasi senza massa che viaggiano quasi alla velocità della luce. Insieme alla loro mancanza di carica, le loro piccole masse significano che non interagiscono prontamente con la massa se non per un impatto diretto su un nucleo. Misurare i neutrini non è un compito facile. Ma ha permesso agli scienziati di ottenere buone stime dei tassi di fusione nucleare del nostro Sole e di altre stelle, nonché una stima della popolazione totale di neutrini nell'universo.

Stelle

Quando gli astronomi guardano nel cielo notturno, la maggior parte di ciò che vedono sono le stelle. Costituiscono circa lo 0,4 per cento dell'universo. Tuttavia, quando le persone guardano anche la luce visibile proveniente da altre galassie, la maggior parte di ciò che vedono sono stelle. Sembra strano che costituiscano solo una piccola parte dell'universo. 

gas

Quindi, cosa c'è di più, abbondante di stelle e neutrini? Si scopre che, al quattro percento, i gas costituiscono una parte molto più grande del cosmo. Di solito occupano lo spazio fra stelle e, per quella materia, lo spazio tra intere galassie. Il gas interstellare, che è principalmente solo idrogeno ed elio elementali liberi costituisce la maggior parte della massa nell'universo che può essere misurata direttamente. Questi gas vengono rilevati utilizzando strumenti sensibili alle lunghezze d'onda della radio, dell'infrarosso e dei raggi X..

Materia oscura

La seconda "roba" più abbondante dell'universo è qualcosa che nessuno ha visto altrimenti rilevato. Eppure, costituisce circa il 22 percento dell'universo. Gli scienziati che hanno analizzato il movimento (rotazione) delle galassie, nonché l'interazione delle galassie negli ammassi di galassie, hanno scoperto che tutto il gas e la polvere presenti non sono sufficienti per spiegare l'aspetto e i movimenti delle galassie. Si scopre che l'80 percento della massa in queste galassie deve essere "oscura". Cioè, non è rilevabile in qualunque lunghezza d'onda della luce, radio attraverso raggi gamma. Ecco perché questa "roba" si chiama "materia oscura". 

L'identità di questa misteriosa massa? Sconosciuto. Il miglior candidato è la materia oscura fredda, teorizzata per essere una particella simile a un neutrino, ma con una massa molto maggiore. Si pensa che queste particelle, spesso conosciute come particelle voluminose (WIMP) debolmente interagenti, siano nate da interazioni termiche nelle prime formazioni di galassie. Tuttavia, finora non siamo stati in grado di rilevare la materia oscura, direttamente o indirettamente, o di crearla in un laboratorio.

Energia oscura

La massa più abbondante dell'universo non è materia oscura o stelle o galassie o nuvole di gas e polvere. È qualcosa chiamato "energia oscura" e costituisce il 73 percento dell'universo. In effetti, l'energia oscura non è (probabilmente) nemmeno enorme. Il che rende la sua categorizzazione di "massa" un po 'confusa. Quindi, cos'è? Forse è una proprietà molto strana dello spazio-tempo stesso, o forse anche un campo di energia inspiegabile (finora) che permea l'intero universo. O non è nessuna di queste cose. Nessuno sa. Solo il tempo e molti altri dati diranno.

A cura e aggiornato da Carolyn Collins Petersen.