Una recente ricerca della Princeton University, pubblicata questa settimana su Physical Review X, ha messo in luce il legame tra la scienza dei materiali e l’astrofisica: alcuni degli strumenti matematici utilizzati per classificare la struttura microscopica dei materiali, infatti, possono essere impiegati anche per descrivere la distribuzione delle galassie nell’Universo. La scoperta è il risultato di una collaborazione tra l’astrofisico Oliver Philcox, ora membro della Simons Society of Fellows, e il professore e chimico teorico Salvatore Torquato.
Da tempo i ricercatori cercano di rispondere alle domande sulla struttura a grande scala dell’Universo – quella che emerge quando, come in una sorta di zoom al contrario, lo si osserva a scale di lunghezza enormi, dell’ordine dei miliardi di anni luce. I mezzi tradizionalmente utilizzati sono quelli messi a disposizione dalla cosmologia, la scienza che studia l’Universo nel suo insieme. Torquato e Philcox hanno invece dimostrato che si può fare ricorso anche a un insieme di strumenti che appartengono a un’altra branca della fisica: la meccanica statistica. Questa disciplina sfrutta la teoria della probabilità e della statistica per studiare sistemi composti da un numero di corpi molto elevato. Per questo, è largamente impiegata per indagare la struttura dei materiali.
Nel loro lavoro, Torquato e Philcox hanno trattato le galassie nell’Universo come un insieme di punti, come si fa con le particelle che compongono un materiale. Le caratteristiche statistiche di una distribuzione di punti, infatti, non cambiano, che si tratti di galassie o di atomi. Le stesse domande avranno dunque le medesime risposte per entrambi i set statistici. «Questo è il bello», ha sottolineato Torquato. I due ricercatori hanno quindi fatto uso dei mezzi matematici della scienza dei materiali per generare tabelle di numeri, che rappresentano una misura dell’ordine – o del disordine – della distribuzione delle galassie a diverse scale di lunghezza. In questo modo, hanno ricevuto conferma del fatto che le galassie sembrano essere distribuite in maniera decisamente non casuale.
Il riuscito impiego di questi strumenti matematici alternativi apre le porte a nuovi approcci per studiare l’Universo. «Penso che sia un messaggio importante che esistono strumenti concettualmente molto semplici che ci permettono di estrarre nuove informazioni sull’Universo», ha dichiarato Philcox, «Siamo entusiasti di vedere in che modo questi strumenti possono essere utilizzati nella pratica».
Immagine in evidenza: Rappresentazione della rete cosmica, la struttura filamentosa dell’Universo. Crediti: Nasa, Esa ed E. Hallman (University of Colorado, Boulder)
