IL BIG BANG

L'universo è l'insieme di tutte le cose che esistono: stelle, pianeti, galassie, ammassi di galassie. Ma come è nato???

Molti astronomi ritengono che l'universo abbia avuto inizio con il cosiddetto Big Bang circa 14 miliardi di anni fa. Allora l'intero universo era compreso in una bolla migliaia di volte più piccola di una capocchia di spillo, ma più calda e più densa di qualsiasi cosa possiamo immaginare.

Dopo una piccola frazione di secondo questa bolla, da molti definita come una "palla di fuoco", iniziò a crescere e, raggiunte le dimensioni di giorni luce, l'universo era già un miscuglio di particelle (neutroni, protoni, elettroni, antielettroni, fotoni, neutrini ed altre) che cominciavano ad interagire fra di loro. Subito dopo entrarono in gioco le forze fondamentali dell'universo ed alla già esistente forza gravitazionale, che regola l'attrazione fra le masse, si aggiunsero le altre tre che insieme a questa governano l'universo: la forza debole, che agisce a livello atomico, la forza forte, che governa i nuclei atomici, la forza elettromagnetica, responsabile di tutti i fenomeni elettromagnetici quali la luce, le onde radio, ecc...

Passati alcuni secondi, mentre la densità andava sempre più scemando sotto la spinta inflazionistica della deflagrazione iniziale, l'universo entrava nella cosiddetta "era della radiazione", interamente dominata dai fotoni strettamente accoppiati alla materia. Nel frattempo anche la temperatura scendeva fino a raggiungere il milione di gradi, cosicché i protoni ed i neutroni iniziarono ad aggregarsi fra loro creando le prime quantità di deuterio ed elio, e questo ne spiega la loro grande diffusione nell'universo.

Dopo alcune centinaia di migliaia di anni, l'universo era divenuto ancora meno denso e più freddo, avveniva la "ricombinazione", i protoni e gli elettroni si combinavano per creare i primi atomi di idrogeno. Finiva a quel punto la prima parte della storia dell'universo, quella dominata dalla radiazione, ed iniziava "l'era della materia" che vedeva l'aggregazione delle particelle nelle prime forme atomiche, mentre i fotoni, liberi ormai da ogni vincolo, potevano così irradiarsi in tutte le direzioni sotto forma di radiazione cosmica di fondo.

Dopo qualche milione di anni si erano già formati i primi agglomerati di materia, che aggregandosi a loro volta per l'attrazione gravitazionale, daranno vita qualche miliardo di anni dopo alle protogalassie, che una volta che si saranno evolute in galassie formeranno le stelle e tutti gli altri corpi celesti.       10 –6 sec    10 –4 sec    3 min                     15 Milioni di anni   

Energia media per particella (GeV) DOPO IL BIG BANG   Tempo dal Big Bang (s) Temperatura media (K) Energia media per particella (GeV) Particelle presenti Note Epoca della Gravità quantistica 0~10-44 1·1033 1·1019 Superparticella (decadente in bosoni e fermioni) Unificazione di tutte le forze, compresa la gravità Epoca della Grande Unificazione 10-44 ~ 10-35 1·1032 <1·1019 Quark e leptoni (che si uniscono in particelle instabili X) e corrispondenti antiparticelle, che alla fine rimangono in quantità minori, fotoni, gluoni. GUT: la forza di gravità si stacca dalle altre.

Epoca Elettrodebole 10-35 ~ 10-10 1·1027 1·1015 Quark e leptoni hanno la propria identità individuale (non si legano in particelle X e non si possono trasformare gli uni negli altri) Compaiono particelle W+, W- e Z° La forza nucleare forte si separa dall’elettrodebole per l’energia totale più bassa. L’Universo si espande (inflazione). Nonostante il grande scarto di energia le particelle rimangono le stesse (per questo l’epoca viene anche chiamata “deserto”) Epoca dei quark 10-10 ~ 10-3   1·102 Barioni e mesoni (anche nucleoni). Annichilazione dei quark-antiquark: rimane circa un miliardesimo dei quark presenti prima dell’annichilazione Tutte le forze sono separate. Epoca leptonica 10-3 ~ 102 Annichilazione elettrone-positrone (rapporto sempre 1 a un miliardo) Nucleosintesi dell’elio: si fissano le percentuali degli elementi leggeri (77% idrogeno, 23% elio) Disaccoppiamento dei neutrini (non interagiscono più con il resto della materia-radiazione). Troppo caldo per atomi (plasma)

Epoca dei fotoni 102 ~ 1013 (300.000 anni)   Formazione degli atomi (idrogeno-elio) Disaccoppiamento dei fotoni e della materia in generale. L’Universo diventa trasparente. È in questo momento che si genera la radiazione cosmica di fondo 300.000 anni ~1 miliardo di anni Formazione degli atomi; gli elettroni si uniscono ai protoni formando atomi di idrogeno, i nuclei di elio con gli elettroni formano gli atomi di elio.  1 miliardo di anni - 10 miliardi di anni Aggregazione delle nubi di idrogeno ed elio: sono le prime galassie. All' interno di esse si formano le prime stelle, che in breve tempo esplodono. Inizia il processo di fusione che trasforma l' idrogeno in elio, e si formano altri elementi chimici 10 miliardi di anni - presente I resti delle stelle morte formano il Sole e i pianeti

Si è giunti all'ipotesi del Big Bang sulla base di tre fatti sperimentali: la recessione delle galassie (il nostro Universo si sta espandendo e raffreddando); la radiazione cosmica di fondo il rapporto di abbondanza elio-idrogeno. Si sono poi aggiunte le seguenti considerazioni: le galassie distanti, situate a qualche miliardo di anni luce da noi, sono più "giovani" di quelle vicine; la curvatura dello spazio-tempo sembra essere collegata al contenuto di materia e di energia nel nostro Universo.

Lavoro eseguito da: Francesca Lanteri Paolo Sfamurri Alessandra Zito