L'era di PLANCK

Corrado Ruscica 22 Apr 2009
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Verso l'alba dei tempi

Fino a qualche secolo fa, lo studio sull'origine e l'evoluzione dell'Universo era considerato un argomento che solo pochi scienziati erano in grado di affrontare proprio perchè mancavano gli strumenti necessari che potessero fornire dati attendibili dalle osservazioni. Oggi, la situazione è alquanto diversa e la cosmologia, che cerca appunto di spiegare come ha avuto origine e come evolve l'Universo, è diventata uno dei campi di ricerca più importanti tra le scienze astronomiche.

 
Lo studio della radiazione cosmica di fondo è di fondamentale importanza in cosmologia perchè costituisce uno dei punti di forza del modello del Big-Bang. Infatti, secondo il modello standard della cosmologia, l'Universo primordiale si trovava in uno stato in cui densità e temperatura si trovavano in condizioni estreme e mentre lo spazio si espandeva il gas si raffreddava, lasciando il posto alla radiazione che diventava proprio quel "calore residuo" della grande esplosione iniziale, oggi nota come la radiazione cosmica di fondo.

L'esistenza di una radiazione fossile fu inizialmente ipotizzata da George Gamow nel 1948 e successivamente da Ralph Alpher e Robert Herman nel 1950. Sperimentalmente, fu rivelata in maniera casuale nel 1965 da Arno Penzias e Robert Wilson, come una sorta di rumore di fondo che veniva registrato dal loro ricevitore radio. Per tale fondamentale scoperta, Penzias e Wilson ricevettero il premio Nobel per la Fisica nel 1978.

Oggi, la radiazione cosmica di fondo permea tutto lo spazio, si trova ad avere una temperatura di appena 2,7°C sopra lo zero assoluto e, nello spettro elettromagnetico, si osserva solamente nella regione delle microonde. Una caratteristica interessante della radiazione cosmica è la sua uniformità in qualsiasi regione del cielo osserviamo. Grazie ai primi dati ottenuti dal satellite COBE della NASA, nel 1992, è stato possibile verificare una previsione del Big-Bang che prevede, per la radiazione cosmica, uno spettro di corpo-nero, come di fatto ottenuto dall'esperimento FIRAS a bordo del satellite. Nel 2003, la missione del satellite W.MAP,  ha permesso invece di ottenere una mappa più dettagliata del cielo con una sensibilità tale da far emergere le fluttuazioni di temperatura della radiazione cosmica, cioè quelle variazioni di forma e di intensità chiamate spesso "anisotropie". Questo risultato è stato di vitale importanza perchè ha permesso ai cosmologi di rivelare, come dei detective del passato, una sorta di "impronte digitali" lasciate dalla materia proprio nella fase in cui, appena circa 400.000 anni dopo il Big-Bang, si stavano originando quei "siti cosmici" da cui si sarebbero successivamente formate le prime strutture che vediamo oggi sottoforma di galassie o ammassi di galassie. Non solo, è stato inoltre possibile ottenere una stima precisa sull'etą dell'Universo, che risulta di 13,7 miliardi di anni, sulla geometria dello spazio, che implicherebbe un Universo euclideo piatto, e sul contenuto di materia scura (23,3%) e di energia scura (72,1%) presenti nell'Universo.

 

La mappa del cielo, con risoluzione angolare di 1°, relativa alle fluttuazioni di temperature ottenuta dopo 5 anni di osservazioni dalla missione W.MAP della NASA quando l’Universo aveva un’età di circa 380.000 anni. La temperatura media è di 2,725 gradi Kelvin, equivalenti a – 270°C, e i colori rappresentano le piccole variazioni di temperatura, come in una mappa del tempo. Le aree in rosso  sono più calde e quelle in blu più fredde di circa 0,0002 gradi. – Credit : WMAP/NASA

 

 

Simulazione della mappa del cielo che sarà realizzata da Planck e che avrà l’obiettivo scientifico di misurare le anisotropie della radiazione cosmica di fondo su tutte le scale con una risoluzione angolare tra 5 e 10 minuti d’arco. – Credit : ESA/Planck

 


L'obiettivo del satellite Planck, così chiamato in onore dello scienziato tedesco Max Planck, che costituisce la terza missione del programma scientifico Horizon 2000 dell'ESA che fa parte, a sua volta, del progetto Cosmic Vision, sarà quello di ottenere una nuova mappa del cielo della radiazione fossile con una sensibilità e accuratezza senza precedenti. Di fatto, le anisotropie presenti nella radiazione cosmica celano le risposte ad alcune fondamentali domande. In parte, tali questioni si riferiscono al passato dell'Universo, come ad esempio cercare di comprendere cosa ha determinato il Big-Bang, mentre altre si riferiscono all'evoluzione futura del nostro Universo, come ad esempio cercare di quantificare la densità di materia presente nell'Universo e determinare la sua vera natura. Altre incertezze sono invece collegate alla presunta esistenza dell'energia scura che potrebbe essere ovunque in tutto l'Universo, come una sorta di "rete cosmica", così come dimostrerebbero le misure della luce emessa da supernovae distanti da cui si implicherebbe un Universo in espansione accelerata. Infine, un altro punto importante da verificare riguarda l'evento, avvenuto subito dopo il Big-Bang, che avrebbe portato l'Universo a espandersi in modo estremamente rapido per poi espandersi e raffreddarsi più lentamente. Planck sarà quindi in grado di registrare quelle non omogeneità presenti nella radiazione cosmica con una sensibilità tale da fornire ai cosmologi quegli indizi in modo da poter discriminare, o meno, la fase di inflazione.    

 

Corrado Ruscica

Ultima modifica il Martedì, 27 Giugno 2017 15:32
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