Quando una stella massiccia collassa in un buco nero, emette un segnale brillantissimo sotto forma di raffiche di raggi gamma. Ora, gli scienziati hanno notato qualcosa di molto particolare su quei lampi: sembrano invertire il tempo.

Secondo un nuovo studio pubblicato il 13 agosto su The Astrophysical Journal, le splosioni di lampi di raggi gamma emesse da una stella che sta collassando trasformandosi in un buco nero provocherebbero un’inversione temporale.

Gli astronomi hanno notato che l’onda luminosa provocata dall’esplosione di raggi gamma viene emessa dalla stella in un modo e poi inviata nuovamente nell’ordine opposto. Secondo gli autori dello studio, non è chiaro cosa provochi questi lampi di raggi gamma a tempo inverso, ma hanno aggiunto che la fisica attorno ai buchi neri è così strana che nulla può essere escluso.

Le esplosioni di raggi gamma sono tra le esplosioni a più alta energia rilevate nell’universo, capaci di luminosità superiori di un milione di miliardi superiori a quella del sole, secondo la NASA.

“Le esplosioni di raggi gamma sono le più luminose conosciute in natura e producono più energia di qualsiasi altra cosa che emetta luce“, ha detto l’autore principale dello studio Jon Hakkila, astrofisico e decano associato della Graduate School al College of Charleston in South Carolina.

Quando due stelle di neutroni si scontrano, emettono brevi lampi di raggi gamma mentre formano un buco nero.

Le supernovae, o esplosioni stellari, producono esplosioni di raggi gamma più lunghe mentre le stelle morenti collassano in buchi neri. Per entrambi i tipi di raffiche di raggi gamma, “la maggior parte della loro energia arriva sotto forma di impulsi” ha spiegato Hakkila.

In pratica Hakkila ha scoperto che “l’impulso esaminato in realtà presentava alcuni piccoli segni di lato“, ha detto. Ogni impulso, hanno scoperto i ricercatori, aveva tre picchi distinti in cui la luce aumentava e poi diminuiva di intensità un paio di volte per ogni impulso.

Quando gli scienziati hanno riesaminato i dati si sono accorti che la struttura di questi picchi appariva come un riflesso in uno specchio: le parti degli impulsi che uscivano per prime, uscivano per ultime nelle pulsazioni successive.

Residui di una stella che esplode

Osservando sei delle raffiche di raggi gamma più brillanti rilevate dal Compton Gamma Ray Observatory della NASA come parte del Burst e Transient Source Experiment negli anni ’90, il team ha scoperto che le raffiche di impulsi contenevano segnature luminose a tempo limitato.

n altre parole, “tutti hanno questa caratteristica di luminosità che fluttua e poi si inverte e va indietro nel tempo“, ha detto Hakkila. “Questo è vero sia per le esplosioni di raggi gamma di breve durata che per quelle a vita lunga“, ha detto Hakkila.

Per capirci, se metti su “on” tre interruttori che accendono una lampadina, lo farai secondo una sequenza: A, poi B, poi C. Per sspegnerli, però, seguirai la sequenza inversa, prima C, poi B, poi A.

Per capire se fosse davvero così, i ricercatori hanno preso l’intero segnale, lo hanno allungato e l’hanno piegato a metà strada sovrapponendo la prima metà invertita sulla seconda: il processo di “piegatura” ha allineato la fase di crescita del segnale con la fase di calo. Le due estremità hanno dimostrato di allinearsi perfettamente.

“Un burst di raggi gamma rappresenta la formazione di un buco nero, e accadono cose molto strane sia nello spazio che nel tempo e nel rapporto tra spazio e tempo nelle vicinanze di un buco nero“, ha spiegato Hakkila. Anche se l’esplosione non è probabilmente un “momento di inversione mediato dalla radiazione, non possiamo escludere alcun tipo di stranezza“.

Una spiegazione più probabile potrebbe venire dal vedere come un’onda esplosiva si muove attraverso la materia. Quando una stella esplode, una grande onda d’esplosione si sposta verso l’esterno attraverso la materia, illuminandola mentre si propaga.

Per prima cosa, illumina il gruppo A, quindi il gruppo B, quindi il gruppo C. Per provocare il segnale a inversione di orario, l’onda dovrebbe in qualche modo tornare indietro attraverso questi gruppi in ordine inverso.

“Posso pensare a solo due ragioni per cui succede questo: o l’onda colpisce una sorta di superficie riflettente, simile a uno specchio, che riflette l’onda d’urto all’indietro, oppure avviene una distribuzione delle radiazioni talmente bizzarra che non ha senso usare la fisica ordinaria. Capire questo processo potrebbe far luce su come le stelle muoiono“. ha concluso Hakkila.

Secondo Bing Zhang, professore di astrofisica delle alte energie presso l’Università del Nevada, a Las Vegas, però, il ritrovamento di strutture a inversione temporale si basa sul presupposto che ogni lampo di raggi gamma sia “composto da diversi impulsi ben definiti“, ciascuno con una forma descritta da un’equazione matematica.

Ma la forma e la natura di questi impulsi possono essere più complicate della semplice formula matematica, così che il residuo del triplo picco dell’impulso potrebbe non essere fisicamente reale. “Forse è valida l’ipotesi dello specchio ma, in questo momento, il supporto a questa ipotesi è piuttosto indiretto“, ha detto Zhang.

Insomma, una volta di più, man mano che ci avventuriamo nella fisica dei buchi neri il paesaggio diventa sempre più strano, e anche le leggi che lo governano.

Alla fine, potremmo scoprire che dai buchi neri si creano davvero i tunnel di Einstein – Rosen che potrebbero permettere di passare da un punto all’altro dell’universo e, magari, potremmo scoprire che avventurarci nei pressi di un buco nero potremmo incontre un’area dove il tempo si inverte…

Chissà, l’universo è ancora pieno di misteri per noi.

Gli astronomi hanno risolto un importante mistero sui quasar, durato ben 60 anni. Adesso sappiamo qualcosa di più riguardo a questi oggetti spaziali, che sono anche i più potenti dell’universo.

Gli esperti hanno scoperto che i quasar vengono accesi dalle galassie in collisione. Essi possono brillare tanto quanto un trilione di stelle racchiuse in un volume delle dimensioni del nostro sistema solare.

Nei decenni trascorsi da quando sono stati osservati per la prima volta, ciò che potrebbe innescare un’attività così potente è rimasto un mistero. Un nuovo lavoro condotto da scienziati delle università di Sheffield e Hertfordshire ha ora rivelato che si tratta di una conseguenza dello scontro tra galassie. Il lavoro è pubblicato in Monthly Notice of Royal Astronomical Society.

L’origine dalle collisioni tra galassie

Le collisioni sono state scoperte quando i ricercatori, utilizzando osservazioni di immagini profonde dal telescopio Isaac Newton a La Palma, hanno osservato la presenza di strutture distorte nelle regioni esterne delle galassie che ospitano i quasar. La maggior parte delle galassie ha al centro buchi neri supermassicci. Contengono anche notevoli quantità di gas, ma il più delle volte questo gas orbita a grandi distanze dai centri galattici, fuori dalla portata dei buchi neri.

Le collisioni tra galassie spingono il gas verso il buco nero al centro della galassia; appena prima che il gas venga consumato dal buco nero, rilascia quantità straordinarie di energia sotto forma di radiazione, dando luogo alla caratteristica brillantezza dei quasar.

Conseguenze spaventose

L’accensione di un quasar può avere conseguenze drammatiche per intere galassie: può espellere il resto del gas dalla galassia, impedendogli di formare nuove stelle per miliardi di anni nel futuro. Questa è la prima volta che un campione di quasar di queste dimensioni è stato ripreso con questo livello di sensibilità.

Confrontando le osservazioni di 48 quasar e delle loro galassie ospiti con le immagini di oltre 100 galassie non quasar, i ricercatori hanno concluso che le galassie che ospitano quasar hanno circa tre volte più probabilità di interagire o scontrarsi con altre galassie.

L’esito dello studio

Lo studio ha fornito un significativo passo avanti nella nostra comprensione di come questi potenti oggetti vengono attivati ​​e alimentati. Il professor Clive Tadhunter, del Dipartimento di fisica e astronomia dell’Università di Sheffield, ha dichiarato: “I quasar sono uno dei fenomeni più estremi nell’universo e ciò che vediamo probabilmente rappresenterà il futuro della nostra galassia, la Via Lattea, quando si scontrerà con la galassia di Andromeda in circa cinque miliardi di anni. È emozionante osservare questi eventi e finalmente capire perché si verificano, ma per fortuna la Terra non sarà neanche lontanamente vicina a uno di questi episodi apocalittici per un bel po’ di tempo”.

L’importanza di questi oggetti spaziali

I quasar sono importanti per gli astrofisici perché, grazie alla loro luminosità, si distinguono a grandi distanze e quindi fungono da fari per le prime epoche della storia dell’universo. Il dottor Jonny Pierce, ricercatore post-dottorato presso l’Università dell’Hertfordshire, spiega: “È un’area su cui gli scienziati di tutto il mondo sono desiderosi di saperne di più: una delle principali motivazioni scientifiche per il telescopio spaziale James Webb della NASA era studiare il prime galassie nell’universo, e Webb è in grado di rilevare la luce anche dai quasar più distanti , emessi quasi 13 miliardi di anni fa. I quasar giocano un ruolo chiave nella nostra comprensione della storia dell’universo…”.

Ma che cos’è di preciso un quasar?

Un quasar è un nucleo galattico attivo estremamente luminoso (AGN, dall’inglese active galactic nuclei). A volte è noto come oggetto quasi stellare, abbreviato QSO.

Questa emissione da un AGN è alimentata da un buco nero supermassiccio con una massa che va da milioni a decine di miliardi di masse solari, circondato da un disco di accrescimento gassoso. Il gas nel disco che cade verso il buco nero si riscalda a causa dell’attrito e rilascia energia sotto forma di radiazione elettromagnetica.

L’energia radiante dei quasar è enorme; i quasar più potenti hanno luminosità migliaia di volte superiori a quella di una galassia come la Via Lattea. Di solito, i quasar sono classificati come una sottoclasse della categoria più generale di AGN. I redshift (il rosso cosmologico che li caratterizza) dei quasar sono di origine cosmologica.

Nel 1935, il fisico austriaco Erwin Schrödinger descrisse un esperimento mentale che ingigantiva un problema evidente al centro della meccanica quantistica.

Il problema persiste ancora oggi, ed è sintetizzato dall’idea apparentemente assurda di Schrödinger secondo cui, in certe condizioni, un determinato gatto si troverebbe in uno stato indeterminato tra vita e morte.

I fisici teorici dell’Università autonoma di Barcellona, ​​in Spagna, pensano di aver finalmente trovato una spiegazione del motivo per cui il gatto di Schrödinger, una volta osservato, appare sempre in un unico stato.

Partendo da questa idea, Philipp Strasberg, Teresa E. Reinhard e Joseph Schindler hanno utilizzato i principi primi per dimostrare come l’intreccio (entanglement) di particelle in un paesaggio esistente trascini il gatto di Schrödinger fuori dalla sua stessa equazione, decisamente vivo o morto, ma mai a metà strada.

Mentre sulla carta le combinazioni di stati di particelle sono costrette a una serie di possibili destini, esistono come assoluti fisici anche quando nessuno le guarda… giusto?

Un secolo dopo, la divinità metaforica di Einstein continua a giocare a dadi in un gioco cosmico, e i fisici continuano a discutere di cosa questo significhi, al di là dei calcoli astratti.

Nella dimostrazione numerica del team, la portata delle interazioni aumenta rapidamente, tanto da sopprimere le possibilità finché non rimangono singoli stati.

In altre parole, data la complessità dell’Universo che circonda il gatto di Schrödinger, che include la scatola, gli osservatori, l’edificio in cui si trovano e molto altro, le interazioni in rapida crescita nel tempo tra un ambiente e gli stati di vita e di morte implicano che i due non appariranno come una sovrapposizione di stati indeterminati.

In effetti, questa fusione di mondi avviene a un livello così piccolo e così rapidamente che relativamente poche particelle riescono a risolvere rapidamente la confusione di uno stato indeciso, facendo sì che la foschia quantistica svanisca praticamente anche sulla scala più piccola.

Problema risolto, giusto? Sì e no. Mentre l’ipotesi ci aiuta a visualizzare la selezione di un singolo stato da una lotteria di innumerevoli possibilità, la spiegazione si basa ancora sul presupposto che tutti gli universi si comportino in questo modo. Quegli universi inoltre non tengono conto delle complessità della relatività generale.

Tuttavia, non è la prima volta che i fisici teorici suggeriscono la necessità di includere immagini su larga scala di stati esistenti per dare un senso al motivo per cui una confusione quantistica indecisa si assesta improvvisamente su una singola misurazione.

Questa ricerca è stata pubblicata su Physical Review X.

L’energia oscura, un pilastro del modello cosmologico standard, sta subendo un intenso scrutinio. Da quando è stata introdotta per spiegare l’accelerazione dell’espansione dell’Universo, questa misteriosa componente ha dominato le discussioni cosmologiche. Tuttavia, le recenti scoperte e le discrepanze osservate stanno mettendo in discussione le nostre attuali comprensioni.

L’energia oscura nel modello standard

Nel modello cosmologico standard, l’energia oscura è descritta come una costante cosmologica, una proprietà intrinseca dello spaziotempo che causa un’espansione accelerata dell’Universo. Questa idea, apparentemente semplice, ha risolto molte delle incongruenze osservate nei dati cosmologici. La metrica di Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW), che descrive un universo omogeneo e isotropo, è lo strumento matematico fondamentale per modellare l’Universo in presenza di energia oscura.

Una delle maggiori discrepanze riguarda il tasso di espansione dell’Universo. Le misurazioni ottenute dalle osservazioni delle supernovae di tipo Ia e quelle ottenute dal fondo cosmico a microonde (CMB) forniscono valori leggermente diversi per la costante di Hubble. Questa discrepanza, nota come tensione di Hubble, suggerisce che potrebbe esserci qualcosa di fondamentale che non stiamo comprendendo nel nostro modello cosmologico.

L’assunzione che l’energia oscura sia distribuita uniformemente in tutto l’Universo è un pilastro del modello standard. Tuttavia, alcune osservazioni suggeriscono che la distribuzione dell’energia oscura potrebbe non essere così uniforme come si pensava, portando a dubitare della validità della metrica FLRW su tutte le scale.

Un recente studio ha proposto una teoria radicalmente diversa: l’energia oscura potrebbe non esistere affatto. Gli autori suggeriscono che le osservazioni che indicano un’espansione accelerata dell’Universo potrebbero essere spiegate da altri meccanismi, senza la necessità di introdurre una nuova forma di energia.

Potrebbe essere necessario rivedere le leggi della gravità su larga scala per spiegare l’accelerazione cosmica senza ricorrere all’energia oscura. La materia oscura, un’altra componente misteriosa dell’Universo, potrebbe avere un ruolo più complesso nel guidare l’espansione cosmica di quanto si pensasse in precedenza. Le discrepanze osservate potrebbero essere dovute a errori sistematici nelle nostre misurazioni o nelle nostre analisi dei dati.

L’energia oscura rimane uno dei più grandi misteri della cosmologia. Le recenti scoperte hanno messo in discussione le nostre attuali comprensioni e hanno aperto la strada a nuove e affascinanti teorie. È fondamentale continuare a raccogliere dati e a sviluppare nuovi modelli per comprendere appieno la natura dell’Universo e il suo destino.

Rivedere le leggi della gravità

Uno studio recente, basato sul dataset Pantheon+ di supernovae di tipo Ia, ha messo a confronto due modelli cosmologici: il modello standard e il modello Timescape. La principale differenza tra i due risiede nell’assunzione sull’espansione dell’Universo: nel modello standard, l’espansione è uniforme in ogni direzione, mentre nel modello Timescape questa uniformità non è necessaria.

I risultati dello studio indicano che, sebbene entrambi i modelli riescano a descrivere i dati delle supernovae, il modello Timescape sembra fornire una leggermente migliore aderenza. Questo suggerisce che l’energia oscura, un pilastro del modello standard e introdotta per spiegare l’accelerazione cosmica, potrebbe essere un’interpretazione eccessiva dei dati.

È importante sottolineare che la discrepanza tra i due modelli non è così significativa da escludere definitivamente il modello standard. Sono necessarie ulteriori indagini e dati più precisi per poter affermare con certezza quale dei due modelli offra la descrizione più accurata dell’Universo.

Conclusioni

Se i dati futuri continueranno a favorire il modello Timescape, assisteremo a una vera e propria rivoluzione nella nostra comprensione dell’Universo. Tuttavia, è fondamentale mantenere un approccio cauto. Il modello Timescape è solo una delle tante teorie alternative proposte per spiegare l’espansione accelerata dell’Universo, e presenta ancora alcuni aspetti da chiarire.

Nonostante ciò, i risultati di questo studio ci invitano a riconsiderare il modello cosmologico standard. È chiaro che la nostra attuale comprensione dell’Universo potrebbe essere incompleta. Stiamo vivendo un’epoca entusiasmante per l’astronomia, dove nuove scoperte stanno continuamente sfidando le nostre teorie e ampliando i nostri orizzonti cosmici.

Lo studio è stato pubblicato sul New Journal of Physics.