Il modello ha mostrato che, nel primo trilionesimo di secondo dopo il Big Bang, poteva esistere una complessa rete di strutture microscopiche, il cui comportamento imitava la distribuzione delle galassie nell'Universo di oggi. I risultati dello studio sono apparsi sulla rivista pre-print arXiv ed accettati per la pubblicazione da The Open Journal of Astrophysics.

 

Il punto di partenza

Secondo la teoria comunemente accettata, 13,77 miliardi di anni fa il nostro universo era incredibilmente caldo (parliamo di temperature di oltre un quadrilione di gradi) e incredibilmente piccolo (circa le dimensioni di una pesca). Quando aveva meno di un secondo di vita, però, attraversò un periodo di espansione incredibilmente rapida, noto come inflazione, forse il periodo più frenetico che maggiormente trasformò il cosmo nel corso della storia. In meno di un battito di ciglia, l'universo diventò molto, molto più grande: qualunque cosa avesse originato il processo non esisteva più mentre lo spazio si ritrovò inondato di materia e radiazioni.

Pochi minuti dopo (letteralmente), emersero i primi elementi. Prima di quel momento, l'universo era troppo caldo e troppo denso perché si formasse qualcosa di stabile: era solo un gigantesco mix di quark e gluoni. Ma, dopo una dozzina di minuti, era più grande ed era abbastanza freddo da permettere ai quark di legarsi insieme, formando i primi protoni e neutroni. Queste particelle produssero il primo idrogeno ed elio (e un po' di litio), ed andarono avanti per centinaia di milioni di anni per costruire le prime stelle e galassie.

Tuttavia, pur conoscendo approssimativamente tutta la storia, ci mancano molti dettagli, soprattutto dei primissimi secondi. E qui entra in gioco la nuova simulazione che potrebbe aiutare a chiarire anche alcuni nodi irrisolti come la famosa materia oscura. Se, infatti, ne sappiamo abbastanza sulla materia ordinaria, su come abbia avuto origine nella zuppa calda e densa del cosmo primordiale, non abbiamo idea di quando o come la materia oscura sia arrivata sulla scena. Anche, il periodo dell'inflazione è altrettanto "oscuro": cosa lo ha causato? E cosa lo ha fermato? Senza parlare della nota asimmetria materia-antimateria che rimane una spina nel fianco della cosmologia.

 

Lo studio

I fisici delle università di Göttingen e Auckland hanno notevolmente migliorato la capacità di creare complesse simulazioni al computer per descrivere il primo secondo di vita dell'universo.

I ricercatori sono stati in grado di osservare lo sviluppo di regioni a densità più elevata, tenute insieme dalla loro stessa gravità.
"Lo spazio fisico rappresentato dalla nostra simulazione si adatterebbe a un singolo protone un milione di volte", ha spiegato il professor Jens Niemeyer, capo del Gruppo di cosmologia astrofisica presso l'Università di Gottinga. "Probabilmente è la più grande simulazione della più piccola area dell'Universo che sia stata effettuata finora".

Gli oggetti primordiali simulati sono microscopicamente piccoli: i grumi tipici hanno masse di pochi grammi.
Sebbene queste strutture hanno una vita molto breve e alla fine "vaporizzano" in particelle elementari standard, nella simulazione, tracce di questa fase iniziale estrema potrebbero essere rilevabili con esperimenti futuri.
"La formazione di tali strutture, così come i loro movimenti e interazioni, devono aver generato un rumore di fondo di onde gravitazionali", ha affermato Benedikt Eggemeier, Ph.D. nel gruppo di Niemeyer e primo autore dello studio. "Con l'aiuto delle nostre simulazioni, possiamo calcolare la forza di questo segnale di onde gravitazionali, che potrebbe essere misurabile in futuro". È anche possibile che in queste strutture si formino dei minuscoli buchi neri, portando ad un collasso incontrollato. Se ciò fosse accaduto, dovremmo trovarne tracce osservabili oggi, o potrebbero aver avuto a che fare con la misteriosa materia oscura.