Gli scienziati hanno a lungo osservato un apparente gradiente nel fondo cosmico a microonde, ma non sono stati in grado di determinare quanto sia reale e quanto sia percepito. I ricercatori della USC Dornsife sembrano aver trovato una risposta.

Osservato dalla Terra, l'universo appare un po' più caldo da un lato che dall'altro, almeno in termini di fondo cosmico a microonde (CMB). Ma la domanda che affligge i cosmologi è se quello squilibrio nel CMB sia reale o sia il risultato dell'effetto Doppler.

Gli scienziati dell'USC Dornsife Siavash Yasini ed Elena Pierpaoli potrebbero aver trovato un modo per trovare una risposta.

Reso più famoso forse da Edwin Hubble, che l'ha usato per mostrare che l'universo si sta espandendo, l'effetto Doppler è l'apparente spostamento della frequenza delle onde elettromagnetiche dovuto al movimento dei corpi che viaggiano rapidamente nello spazio. Onde come le radiazioni elettromagnetiche, onde luminose, raggi X, microonde, ecc.—sembrano cambiare energia, con quelli che si muovono verso un osservatore che sembra avere un'energia più alta, o più caldo, di quanto non siano realmente. È vero il contrario per le onde che si allontanano dall'osservatore, che appaiono più freddi.

Gli scienziati che guardano il cielo vedono lo spazio dietro la Terra che appare più freddo dello spazio più avanti, ma non è chiaro se questo sia solo l'effetto Doppler o l'osservazione di una vera differenza di temperatura CMB. È un enigma che persiste da decenni.

Poiché il CMB è l'energia residua del Big Bang, quando l'intero universo è esploso verso l'esterno da un singolo punto, i cosmologi hanno ipotizzato che sia disperso in modo uniforme. L'apparizione di due poli nell'universo, uno più caldo dell'altro, deve quindi essere il risultato dell'effetto Doppler, un risultato del sistema solare che scorre nello spazio.

"Pensiamo che un lato della CMB sembri più caldo solo perché ci stiamo muovendo verso di esso, e il lato opposto sembra più freddo perché ci stiamo allontanando da esso, " disse Yasini, un dottorato di ricerca studente di fisica e astronomia.

Gli astrofisici che misurano la velocità del sistema solare rispetto al CMB aggiustano i loro calcoli in base a questa ipotesi, così come i cosmologi che studiano il Big Bang e le condizioni poco dopo.

Ma questo potrebbe essere un errore, dopotutto.

"Se c'è un dipolo intrinseco nel CMB, cioè, se un lato del cielo è effettivamente parzialmente più caldo del lato opposto, la velocità che assegniamo al sistema solare rispetto al CMB non sarebbe corretta, " ha detto Yasini. Ciò influenzerebbe il modo in cui gli scienziati misurano la velocità di oggetti distanti come le galassie, e le teorie su cosa è successo pochi istanti dopo il Big Bang potrebbero essere scosse.

Esecuzione di calcoli per uno studio diverso ma correlato, Yasini e Professore di Fisica e Astronomia Pierpaoli, chi è il mentore della scuola di specializzazione di Yasini, trovato un dettaglio interessante:lo spettro di frequenza del CMB mediato nel cielo sarà diverso se il dipolo è reale e non solo un risultato dell'effetto Doppler.

In altre parole, se la CMB è, infatti, più caldo da un lato dell'universo che dall'altro, la temperatura media misurata in tutto il cielo sarà leggermente diversa da quella che si avrebbe se il CMB fosse effettivamente uniforme.

Le scoperte di Yasini e Pierpaoli consentiranno ai cosmologi di intraprendere la prossima generazione di indagini CMB per determinare la natura del dipolo CMB per la prima volta in assoluto, risolvere l'enigma.

"Ora che abbiamo una base matematica per trovare una risposta, non resta che fare le osservazioni, " Disse Pierpaolo.

Se risulta che una porzione del dipolo è reale e non solo un risultato dell'effetto Doppler, astrofisici e astronomi dovranno ricalibrare tutte le loro misurazioni per ottenere una visione più accurata dell'universo osservabile.

Altrettanto importante, i cosmologi che studiano il Big Bang e le condizioni nell'universo primordiale avranno nuove direzioni da esplorare per capire come e perché il CMB è disperso in modo non uniforme, e come l'universo è diventato come è ora.