06 – Le Origini dell’Universo: i primi 20 minuti (parte 2)

Sono passati solo pochi minuti dal Big Bang, e già la materia inizia ad organizzarsi, mettendo le basi per costruire grandi cose.

Nella prima parte di questa narrazione abbiamo visto come dopo i primi minuti di vita del Cosmo, tutta la materia presente oggi era già stata creata. Ma, all’inizio, esisteva sotto forma di particelle libere, che da sole non possono fare gran che.

Per dare origine a strutture più complesse, e quindi permettere la nascita di stelle, pianeti, e di forme di vita, è necessario che queste particelle si uniscano tra di loro. Questo processo di combinazione è dovuto avvenire per gradi, in quanto la possibilità di creare legami tra le particelle è strettamente vincolata alle condizioni in cui si trovano, in particolare alla temperatura.

La struttura più semplice che compone tutti gli elementi chimici, e quindi tutta la materia in qualsiasi forma, è l’atomo. Come accennato nell’introduzione sulla materia, l’atomo è composto da un nucleo (protoni e neutroni, o solo un protone nel caso dell’idrogeno) attorno al quale si muovono gli elettroni. Per creare un nucleo atomico, eccetto l’idrogeno, è necessario che protoni e neutroni vengano violentemente compressi tra di loro, fino a fondersi insieme.

Per consentire questa fusione nucleare è necessaria un’enorme quantità di energia, che non si verifica in condizioni normali. Ma nell’Universo primordiale, le condizioni erano tutt’altro che normali. Grazie alle estreme temperature e densità, molti dei protoni e neutroni liberi vennero spinti gli uni contro gli altri, finché finirono per costituire nuovi nuclei atomici.

I nuclei atomici sono tenuti insieme dalla Forza Nucleare Forte, un abbraccio potentissimo che, una volta stretto, è molto difficile da rompere. La produzione di energia tramite fissione nucleare (la rottura di questo abbraccio) sta alla base degli impianti nucleari, e, tristemente, anche delle bombe atomiche.

Questo processo di creazione di nuclei atomici nelle prime fasi dell’Universo, chiamato nucleosintesi primordiale, ha avuto inizio all’incirca al minuto 3, quando la temperatura era scesa a 1 miliardo di gradi (a temperature più alte i nuclei non possono rimanere stabili), e si è conclusa attorno al minuto 20. Al termine del processo di nucleosintesi primordiale, per la prima volta esistevano nuclei atomici di elementi chimici diversi dall’idrogeno. In particolare, è stato forgiato l’elio (un nucleo di elio contiene 2 protoni e 2 neutroni), il litio (3 protoni e 3 neutroni) e il deuterio (1 protone e 1 neutrone).

E’ importante tener presente che dal ventesimo minuto, con la cessazione della nucleosintesi primordiale, nessun nucleo sarà più forgiato, fino alla nascita delle prime stelle…Ma l’Universo ha ancora tanto da fare prima che ciò avvenga.

Dopo i primi 20 minuti, allora, l’Universo è costituito da uno spazio in espansione in continuo raffreddamento, contenente una grande quantità di fotoni ad alta energia, e materia la cui massa è costituita per il 75% circa da nuclei di idrogeno, per il 25% circa da nuclei di elio, oltre che da piccole tracce di nuclei di litio e deuterio, insieme a sciami di elettroni liberi.

Le temperature sono ancora troppo alte per consentire agli elettroni di legarsi ai nuclei e quindi dare origine agli atomi veri e propri. Dovranno passare 380.000 anni prima che ciò sia possibile. Quando finalmente ciò avverrà, sarà un passaggio fondamentale, perché per la prima volta la radiazione sarà libera di viaggiare nello spazio, e quindi l’Universo, per la prima volta, diventerà visibile.

Per ora, rimaniamo a curiosare in questo piccolo caldissimo Cosmo bambino, irrequieto e voglioso di crescere, come tutti i pargoli…

Per saperne di più:

Il primo secondo

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4 Commenti    |    Aggiungi un Commento

  1. Citazione Originariamente Scritto da givi Visualizza Messaggio
    Bravissima Francesca, anche per il Link al pezzo di Enzo.
    Ti ringrazio, sei gentilissimo!
    Uno dei punti di forza di astronomia.com è la collaborazione tra i componenti dello staff. Il nostro sito è ricco di materiale che magari a volte si perde, sommerso dagli articoli più recenti. Un grazie speciale @Stefano Simoni per il suo grande lavoro di "recupero" di contributi importanti come questo!