Cosmo almeno 250 volte più grande dell'universo visibile, dicono i cosmologi

Quando guardiamo nell'Universo, le cose che possiamo vedere devono essere abbastanza vicine perché la luce ci raggiunga dall'inizio dell'Universo. L'universo ha circa 14 miliardi di anni, quindi a prima vista è facile pensare che non possiamo vedere cose distanti più di 14 miliardi di anni luce.

Tuttavia, non è del tutto corretto. Poiché l'Universo si sta espandendo, le cose visibili più distanti sono molto più lontane di così. In effetti, i fotoni nel fondo cosmico a microonde hanno viaggiato per ben 45 miliardi di anni luce per arrivare qui. Ciò rende l'universo visibile largo circa 90 miliardi di anni luce.

È grande, ma l'universo è quasi certamente molto più grande. La domanda che molti cosmologi si sono posti è quanto sia più grande. Oggi abbiamo una risposta grazie ad alcune interessanti analisi statistiche di Mihran Vardanyan dell'Università di Oxford e un paio di amici.

Ovviamente, non possiamo misurare direttamente le dimensioni dell'universo, ma i cosmologi hanno vari modelli che suggeriscono quanto dovrebbe essere grande. Ad esempio, una linea di pensiero è che se l'universo si espandesse alla velocità della luce durante l'inflazione, allora dovrebbe essere 10^23 volte più grande dell'universo visibile.

Altre stime dipendono da una serie di fattori e in particolare dalla curvatura dell'Universo: se è chiuso, come una sfera, piatto o aperto. Negli ultimi due casi, l'Universo deve essere infinito.

Se puoi misurare la curvatura dell'Universo, puoi porre dei limiti su quanto deve essere grande.

Si scopre che negli ultimi anni gli astronomi hanno diversi modi ingegnosi per misurare la curvatura dell'Universo. Uno è cercare un oggetto distante di dimensioni note e misurare quanto sembra grande. Se è più grande di quanto dovrebbe essere, l'Universo è chiuso; se è della dimensione giusta, l'universo è piatto e se è più piccolo, l'universo è aperto.

Gli astronomi conoscono un tipo di oggetto adatto: le onde nell'universo primordiale che si sono congelate sullo sfondo delle microonde cosmiche. Possono misurare la dimensione di queste onde, chiamate oscillazioni acustiche barioniche, usando osservatori spaziali come WMAP.

Ci sono anche altri indicatori, come la luminosità delle supernove di tipo 1A nelle galassie lontane.

Ma quando i cosmologi esaminano tutti questi dati, diversi modelli dell'Universo danno risposte diverse alla domanda sulla sua curvatura e dimensione. Quale scegliere?

La svolta che Vardanyan e compagni hanno fatto è trovare un modo per fare la media dei risultati di tutti i dati nel modo più semplice possibile. La tecnica che usano si chiama media del modello bayesiano ed è molto più sofisticata del solito adattamento della curva che gli scienziati usano spesso per spiegare i loro dati.

Un'utile analogia è con i primi modelli del Sistema Solare. Con la Terra al centro del Sistema Solare, è diventato gradualmente sempre più difficile adattare i dati osservativi a questo modello. Ma gli astronomi hanno trovato il modo di farlo introducendo sistemi sempre più complessi, il modello ruote dentro le ruote del sistema solare.

Ora sappiamo che questo approccio era del tutto sbagliato. Una preoccupazione per i cosmologi è che un processo simile sia in corso ora con i modelli dell'Universo.

La media del modello bayesiano si difende automaticamente da questo. Invece di chiedere quanto bene il modello si adatta ai dati, pone una domanda diversa: dati i dati, quanto è probabile che il modello sia corretto. Questo approccio è automaticamente distorto rispetto a modelli complessi: è una sorta di rasoio statistico di Occam.

Applicandolo a vari modelli cosmologici dell'universo, Vardanyan e compagni sono in grado di porre importanti vincoli alla curvatura e alle dimensioni dell'Universo. In effetti, si scopre che i loro vincoli sono molto più severi di quanto sia possibile con altri approcci.

Dicono che la curvatura dell'Universo è strettamente vincolata intorno allo 0. In altre parole, il modello più probabile è che l'Universo sia piatto. Anche un Universo piatto sarebbe infinito e anche i loro calcoli sono coerenti con questo. Questi mostrano che l'Universo è almeno 250 volte più grande del volume di Hubble. (Il volume di Hubble è simile alla dimensione dell'universo osservabile.)

È grande, ma in realtà è più vincolato rispetto a molti altri modelli.

E il fatto che derivi da un metodo statistico così elegante significa che è probabile che questo lavoro abbia un ampio appeal. Se è così, potrebbe finire per essere usato per mettere a punto e vincolare anche altre aree della cosmologia.

Rif: arxiv.org/abs/1101.5476 : Applicazioni del modello bayesiano che fa la media alla curvatura e alle dimensioni dell'universo

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