Questa immagine mostra una mappa a tutto cielo di Mollweide dei quadrupoli nella distribuzione delle direzioni di rotazione delle galassie. In questa immagine, i diversi colori significano diversa forza statistica di avere un quadrupolo cosmologico in diversi punti del cielo. Crediti: K-State
Secondo una ricerca ancora non pubblicata della Kansas State University (K-State), l’universo primordiale potrebbe aver avuto una rotazione. Lo studio si basa sull’analisi di oltre 200mila galassie a spirale, e ha rivelato correlazioni inattese tra le direzioni di rotazione delle galassie e la struttura su larga scala delle galassie stesse.
Lior Shamir, astronomo e informatico della K-State, ha presentato i risultati dello studio al 236th American Astronomical Society meeting tenutosi dall’1 al 3 giugno scorsi. I risultati sono rilevanti, sia per la loro natura sia perché sembrano essere in conflitto con alcune precedenti assunzioni sulla struttura a larga scala dell’universo.
Sin dai tempi di Edwin Hubble, gli astronomi hanno creduto che l’universo si stesse espandendo senza una direzione preferenziale e che le galassie in esso contenute fossero distribuite senza una particolare struttura cosmologica. Ma le recenti osservazioni di Shamir sulla distribuzione delle oltre 200mila galassie a spirale suggeriscono che l’universo potrebbe invece avere una struttura ben definita e che, in particolare, l’universo primordiale avrebbe potuto ruotare. I pattern della distribuzione di queste galassie suggeriscono che le galassie a spirale poste in diverse parti dell’universo, separate sia dallo spazio che dal tempo, sono correlate attraverso la loro direzione di rotazione.
«La scienza dei dati in astronomia non ha solo reso la ricerca astronomica più conveniente, ma ci consente anche di osservare l’universo in un modo completamente diverso», dice Shamir. «Il pattern geometrico evidenziato dalla distribuzione delle galassie a spirale è chiaro, ma può essere osservato solo quando si analizza un numero molto elevato di oggetti astronomici».
Una galassia a spirale è un oggetto astronomico unico perché il suo aspetto dipende dalla prospettiva dell’osservatore. Ad esempio, una galassia a spirale che ruota in senso orario quando osservata dalla Terra, sembrerebbe ruotare in senso antiorario quando l’osservatore si trova sul lato opposto di quella galassia. Se l’universo è isotropo e non ha una struttura particolare (ossia è isotropo rispetto a ogni suo punto, quindi è omogeneo) – come gli astronomi hanno sempre pensato e come afferma il principio cosmologico – il numero di galassie che ruotano in senso orario dovrebbe essere approssimativamente uguale al numero di galassie che ruotano in senso antiorario. L’analisi di Shamir, che tiene conto di innumerevoli dati forniti da moderni telescopi, sembra dimostrare che non è così.
Con i telescopi tradizionali, contare le galassie nell’universo è un compito piuttosto scoraggiante. Ma i moderni telescopi robotici, come quello impiegato per la Sloan Digital Sky Survey (Sdss) e il Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-Starrs), sono in grado di catturare automaticamente, mentre osservano il cielo, milioni di galassie. Questa “visione automatica” può quindi facilmente ordinare milioni di galassie in base alla loro direzione di rotazione molto più velocemente di quanto lo riesca a fare qualsiasi persona o gruppo di persone.
I ricercatori hanno scoperto che quando si confronta il numero di galassie con diverse direzioni di rotazione, il numero di galassie che ruotano in senso orario non è uguale al numero di galassie che ruotano in senso antiorario. La differenza è piccola, poco più del due per cento, ma secondo la ricerca di Shamir, con l’elevato numero di galassie considerate, c’è una probabilità estremamente piccola – da meno di 1 a 4 miliardi – di avere una simile asimmetria per caso.
I modelli si estendono per oltre 4 miliardi di anni luce, ma l’asimmetria in tale intervallo non è uniforme. Lo studio ha scoperto che l’asimmetria aumenta quando le galassie sono più distanti dalla Terra, il che dimostra che l’universo primordiale era più coerente e meno caotico rispetto all’universo attuale.
I modelli non solo mostrano che l’universo non è simmetrico, ma anche che l’asimmetria cambia in diverse parti dell’universo e che le differenze evidenziano un pattern unico di multipoli. «Se l’universo ha un asse, non è un semplice asse singolo, come quello di una giostra», ha detto Shamir. «È un allineamento complesso di più assi che presenta anche una certa deriva».
Il concetto di multipoli cosmologici non è nuovo agli scienziati. Precedenti osservatori spaziali – come Cobe, Wmap e Planck – hanno mostrato che il fondo cosmico a microonde, che è la radiazione elettromagnetica originatasi nell’universo primordiale, presenta un certo pattern in termini di multipoli. Ma la misurazione del fondo cosmico a microonde è sensibile alla contaminazione in foreground – come quella indotta dalla Via Lattea, ad esempio, che si trova “davanti” al fondo cosmico che si vuole misurare – e non può mostrare come questi multipoli siano cambiati nel tempo.
L’asimmetria tra le direzioni di rotazione delle galassie a spirale è una misurazione non sensibile a contaminazioni. O meglio, ciò che può contaminare le galassie che ruotano in una direzione in un determinato campo, contaminerà necessariamente anche le galassie che ruotano nella direzione opposta. «Non vi sono errori o contaminazioni che potrebbero manifestarsi attraverso pattern così unici, complessi e coerenti», garantisce Shamir. «Abbiamo due diverse survey del cielo che mostrano gli stessi identici pattern, anche quando le galassie sono completamente diverse. Non vi è alcun errore che può portare a questo. Questo è l’universo in cui viviamo. Questa è la nostra casa».
Per saperne di più:
- Leggi il preprint dell’articolo, ancora non accettato per la pubblicazione, “Multipole alignment in the large-scale distribution of spin direction of spiral galaxies”, di Lior Shamir