L'Universo si espande oscillando

[Enrico Corsaro]

L'analisi dei dati delle supernovae distanti ha portato due fisici dell'Università del Mississippi a concludere che l'Universo non solo si sta espandendo ma allo stesso tempo oscilla. I risultati, pubblicati su Astronomical Journal, suggeriscono che lo spazio sia passato da una fase di espansione rallentata ad una fase di espansione accelerata non una volta bensì 7 volte nel corso di 13,8 miliardi...
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[bertupg]

Nel grafico della terza immagine, sembra di intravedere oscillazioni ad una frequenza ben più elevata di quella della curva blu, ma suppongo possano trattarsi di errori sistematici di misurazione, di cui si è comunque tenuto conto (poi, senza barre d'errore, non è facile giudicare la precisione del grafico...).

Comunque è molto interessante. Se le misure dovessero rivelarsi esatte, potrebbe essere interpretato come un effetto residuo legato al periodo di inflazione? Una sorta di "eco", di "rimbalzo smorzato" della espansione fortemente accelerata iniziale?

[Enrico Corsaro]

Nel grafico della terza immagine, sembra di intravedere oscillazioni ad una frequenza ben più elevata di quella della curva blu, ma suppongo possano trattarsi di errori sistematici di misurazione, di cui si è comunque tenuto conto (poi, senza barre d'errore, non è facile giudicare la precisione del grafico...).

Comunque è molto interessante. Se le misure dovessero rivelarsi esatte, potrebbe essere interpretato come un effetto residuo legato al periodo di inflazione? Una sorta di "eco", di "rimbalzo smorzato" della espansione fortemente accelerata iniziale?

Ottimo occhio @bertupg, avevo notato anche io queste oscillazioni. Tuttavia come dici, è difficile valutarlo perchè non vi sono le barre di errore. Con buona probabilità le barre di errore sono abbastanza alte da non permettere di fare una analisi di dettagli così fini.
L'interpretazione che proponi è possibile ma in effetti è tutto da confermare.

[Red Hanuman]

Beh, se l'effetto è quello di uno smorzamento, mi aspetterei onde di ampiezza elevata, che poi si smorzano...

[Enrico Corsaro]

Beh, se l'effetto è quello di uno smorzamento, mi aspetterei onde di ampiezza elevata, che poi si smorzano...

Esattamente, e questo dello smorzamento è un effetto incluso nel modello che hanno utilizzato. Se vedi infatti il grafico, l'ampiezza del modello in blu si va a smorzare con il passare del tempo. Ci sono anche altri grafici nell'articolo che mostrano questo effetto.

[DarknessLight]

Molto interessante

@Enrico Corsaro se per assurdo questa intuizione si rivelasse corretta, tutto il discorso sulla geometria dell universo sarebbe da rivedere? Avrebbe ancora senso parlare di geometria piana, sferica e iperbolica?

Inoltre non ho ben capito: secondo gli studiosi da cosa dovrebbe essere causata questa oscillazione?
Ricordo questo grafico Schermata-2015-04-21-alle-17.10.00-500x382.png
Significherebbe forse che a periodi alterni hanno dominato prima la densità di materia (e quindi la gravità) e poi la densità di energia oscura? Oppure secondo te l interpretazione corretta è un altra?

E poi un ultima domanda, forse un po delicata visti i tuoi precedenti moniti.
Nella seconda immagine l oscillazione viene rappresentata come se l universo aumentasse e diminuisse di volume nel corso del tempo. Ovviamente questa è solo una rappresentazione che banalizza l effetto e che tiene conto più che altro della frequenza con cui queste oscillazioni si sono presentate, però se parliamo di accelerazione e decelerazione della velocità di espansione, la seconda immagine dovrebbe essere diversa. Cioè prima l universo si espande lentamente, poi accelera, poi di nuovo si espande lento, poi di nuovo accelera, e così via...
Non sarebbe più giusto rappresentarlo come una scalinata a gradoni? Insomma questo 20150630_141433.jpg periodi di forte incremento del volume alternati a periodi di rallentamento e stasi...
So che si tratta solo di analogie (ormai l ho capito bene ), però in questo modo mi sembra più rappresentativa.. tu che ne pensi?

Grazie

[Enrico Corsaro]

@Enrico Corsaro se per assurdo questa intuizione si rivelasse corretta, tutto il discorso sulla geometria dell universo sarebbe da rivedere? Avrebbe ancora senso parlare di geometria piana, sferica e iperbolica?

La geometria non ha un ruolo in questo caso, a quanto risulta dai modelli. Inoltre la geometria viene anche misurata osservativamente (senza l'uso di modelli) e sappiamo essere piatta in ogni caso. Non dovrebbe cambiare nulla dunque in base a quanto ho visto nell'articolo, perchè sembra questo effetto possa essere dovuto alla sola inflazione e non è dunque legato alla energia oscura o alla materia, il cui bilancio dunque rimarrebbe come già discusso in precedenza. Uso il condizionale doverosamente perchè stiamo parlando di ipotesi, non è ancora nulla di confermato.

Inoltre non ho ben capito: secondo gli studiosi da cosa dovrebbe essere causata questa oscillazione?
Ricordo questo grafico Schermata-2015-04-21-alle-17.10.00-500x382.png
Significherebbe forse che a periodi alterni hanno dominato prima la densità di materia (e quindi la gravità) e poi la densità di energia oscura? Oppure secondo te l interpretazione corretta è un altra?

Gli autori spiegano l'effetto con il cosiddetto campo scalare, un campo che si reputa responsabile dell'inflazione, non entrano dunque in gioco materia ed energia oscura. Combinando l'equazione del campo scalare con le equazioni di campo di Einstein si può trovare una soluzione di inflazione con una oscillazione smorzata, che loro mostrano può rappresentare in modo ragionevole i dati, come in questo grafico:
Schermata 2015-06-30 alle 14.47.35.jpg
dove nella seconda parte, quella più recente diciamo, si vede appunto la misura della derivata temporale del fattore scala misurata dai dati. In realtà quello che sta veramente accadendo non è un alternarsi di espansione più e meno accelerate, ma di contrazioni ed espansioni, cioè l'universo si è contratto e riespanso in modo alternato, con un effetto dominante di espansione accelerata che è subentrato solo di recente.

E poi un ultima domanda, forse un po delicata visti i tuoi precedenti moniti.
Nella seconda immagine l oscillazione viene rappresentata come se l universo aumentasse e diminuisse di volume nel corso del tempo. Ovviamente questa è solo una rappresentazione che banalizza l effetto e che tiene conto più che altro della frequenza con cui queste oscillazioni si sono presentate, però se parliamo di accelerazione e decelerazione della velocità di espansione, la seconda immagine dovrebbe essere diversa. Cioè prima l universo si espande lentamente, poi accelera, poi di nuovo si espande lento, poi di nuovo accelera, e così via...
Non sarebbe più giusto rappresentarlo come una scalinata a gradoni? Insomma questo 20150630_141433.jpg periodi di forte incremento del volume alternati a periodi di rallentamento e stasi...
So che si tratta solo di analogie (ormai l ho capito bene ), però in questo modo mi sembra più rappresentativa.. tu che ne pensi?

Certo senz'altro lo schemino va bene per capirci, non preoccuparti! Nel qual caso come dicevo prima, il disegno non va bene, non hai una espansione a gradino, ma hai proprio una modulazione sinusoidale, cioè contrazioni ed espansioni alternate. Ma non sarebbe dovuto a causa del fatto che la materia prende il sopravvento sull'energia oscura e viceversa, ma a causa di questo campo scalare che ha generato l'inflazione, provocando una espansione fortissima iniziale ed una conseguente oscillazione smorzata sull'intero volume dell'Universo, protatta fino a tempi più recenti.

[DarknessLight]

@Enrico Corsaro

Aspetta, aspetta, aspetta!!! Mi stai dicendo che secondo questo studio, l universo si è espanso e poi contratto di volume, proprio come rappresentato nella seconda immagine dell articolo??
Ma è incredibile!!!

Quindi, vediamo se ci sono:
1) Da quando è nato l universo ci sono state sette oscillazioni ovvero espansioni seguite da contrazioni del volume.

2) Queste oscillazioni sono dovute al campo scalare, il quale è causa dell inflazione stessa. Quindi energia oscura e gravità non c entrano nulla. Mi pare di capire che sia il fattore di scala a(t) a variare e a causare questo effetto di oscillazione.

3) nell ultimo periodo è subentrata un ulteriore componente di espansione accelerata (questa mi pare di capire sia quella dovuta all energia oscura e quindi spiegabile con il grafico delle densità).

4) Ho visto che Red ha parlato di smorzamento di queste oscillazioni. In effetti non ci avevo fatto caso all inizio.
Ma questo cosa significa?
È forse interpretabile nel seguente modo?: inizialmente le oscillazioni erano molto forti e accentuate, forse l universo si stava stabilizzando. Poi dopo un graduale smorzamento di queste oscillazioni è subentrata l espansione accelerata a cui oggi si assiste.

Cosa sbaglio?


Ultima domanda: come ti poni nei confronti di questo studio? Lo consideri ragionevole e capace di darci nuove prospettive, oppure sei un po scettico?

Grazie di nuovo

[Enrico Corsaro]

Aspetta, aspetta, aspetta!!! Mi stai dicendo che secondo questo studio, l universo si è espanso e poi contratto di volume, proprio come rappresentato nella seconda immagine dell articolo??
Ma è incredibile!!!

Si esatto.

Quindi, vediamo se ci sono:
1) Da quando è nato l universo ci sono state sette oscillazioni ovvero espansioni seguite da contrazioni del volume.

Si.

2) Queste oscillazioni sono dovute al campo scalare, il quale è causa dell inflazione stessa. Quindi energia oscura e gravità non c entrano nulla. Mi pare di capire che sia il fattore di scala a(t) a variare e a causare questo effetto di oscillazione.

Sarebbe la presenza di questo campo scalare ad aver creato una modulazione sinusoidale aggiuntiva sulla derivata prima del fattore scala, facendo dunque si che l'Universo si contraesse ed espandesse periodicamente.
L'effetto è osservato sulla derivata prima di a(t), che ricordo essere legata alla velocità di espansione. Quando la derivata prima di a(t) è negativa, come si osserva da queste misure, significa che la velocità è negativa, cioè c'è una contrazione.

3) nell ultimo periodo è subentrata un ulteriore componente di espansione accelerata (questa mi pare di capire sia quella dovuta all energia oscura e quindi spiegabile con il grafico delle densità).

Si, devi vedere l'espansione accelerata come un effetto aggiuntivo, sovrapposto a quello della modulazione sinusoidale.

4) Ho visto che Red ha parlato di smorzamento di queste oscillazioni. In effetti non ci avevo fatto caso all inizio.
Ma questo cosa significa?
È forse interpretabile nel seguente modo?: inizialmente le oscillazioni erano molto forti e accentuate, forse l universo si stava stabilizzando. Poi dopo un graduale smorzamento di queste oscillazioni è subentrata l espansione accelerata a cui oggi si assiste.

Lo smorzamento è qualcosa presente in molte cose in natura, soprattutto quando parliamo di oscillatori. Quando hai una causa iniziale, che provoca l'oscillazione, a meno che questa causa non continui a sussistere, l'oscillazione è naturalmente destinata a disperdersi con il passare del tempo per effetti dissipativi del sistema.
Nel qual caso, la causa iniziale di questa oscillazione sarebbe stata l'inflazione, che si è verificata solo una volta per l'appunto. Finita l'inflazione, il sistema tende all'equilibrio, cioè a stabilizzarsi, facendo così che l'oscillazione prodotta si smorzi.
Si tratta in ogni caso di una soluzione matematica dell'equazione del campo scalare.

Ultima domanda: come ti poni nei confronti di questo studio? Lo consideri ragionevole e capace di darci nuove prospettive, oppure sei un po scettico?

Francamente sono un pò perplesso dal fatto che gli autori non riportino le barre di errore sulle misure. E' molto importante capire che incertezza ci sia sui dati e con quale livello di confidenza (statisticamente parlando) si possa arrivare a vincolare un modello simile. Ci vorrebbero più dati ma sicuramente nei prossimi anni ne arriveranno altri e si potrà capire meglio. Sarei inoltre curioso di capire come risponderebbero gli autori alla domanda sull'impatto delle barre di errore. Loro comunque rimangono cauti dicendo che lo studio necessita di conferme.

Grazie di nuovo

Di niente