Foto d’epoca
Immagini dal passato remoto dell’universo
di Paolo De Bernardis
a .
L’effetto dell’espansione dell’universo può essere interpretato immaginando un panettone in fase di lievitazione, i cui canditi rappresentano gli oggetti cosmici (dalle stelle agli ammassi di galassie). Mentre il panettone lievita, la distanza tra i canditi aumenta man mano che cresce il raggio: analogamente, tutti gli oggetti cosmici si allontaneranno uno dall’altro con il passare del tempo, e qualunque altra lunghezza, inclusa la lunghezza d’onda di un’onda elettromagnetica che viaggia per miliardi di anni, risulterà dilatata.
b.
In basso a sinistra, l’immagine di un lontano ammasso di galassie (dal nome MACS J0647+7015) osservato per lungo tempo con il telescopio spaziale Hubble. L’enorme quantità di materia oscura presente nell’ammasso agisce come lente gravitazionale e fa convergere verso di noi la luce proveniente dalle galassie retrostanti (come visualizzato al centro della figura). Tra queste, la galassia MACS0647-JD, visibile nel riquadro, è la più lontana mai osservata. La sua luce arriva a noi oggi essendo partita 13,3 miliardi di anni fa.
In basso a sinistra, l’immagine di un lontano ammasso di galassie (dal nome MACS J0647+7015) osservato per lungo tempo con il telescopio spaziale Hubble. L’enorme quantità di materia oscura presente nell’ammasso agisce come lente gravitazionale e fa convergere verso di noi la luce proveniente dalle galassie retrostanti (come visualizzato al centro della figura). Tra queste, la galassia MACS0647-JD, visibile nel riquadro, è la più lontana mai osservata. La sua luce arriva a noi oggi essendo partita 13,3 miliardi di anni fa.
c.
Mappa dell’universo primordiale ottenuta dal satellite Planck (la cui immagine è stata aggiunta alla mappa), tramite misure del fondo cosmico di microonde. Le macchie rosse e blu rappresentano piccole fluttuazioni di temperatura del gas incandescente che riempiva l’universo 13,7 miliardi di anni fa, 380.000 anni dopo il Big Bang: le parti blu sono le parti più fredde, le parti rosso-arancioni quelle più calde. Queste fluttuazioni potrebbero essersi generate nel periodo dell’inflazione (vd. [as] Crescita in tempi di inflazione) pochi attimi dopo il Big Bang. Dalle risultanti fluttuazioni di densità si formeranno poi tutte le strutture cosmiche (galassie, ammassi di galassie, superammassi).
Mappa dell’universo primordiale ottenuta dal satellite Planck (la cui immagine è stata aggiunta alla mappa), tramite misure del fondo cosmico di microonde. Le macchie rosse e blu rappresentano piccole fluttuazioni di temperatura del gas incandescente che riempiva l’universo 13,7 miliardi di anni fa, 380.000 anni dopo il Big Bang: le parti blu sono le parti più fredde, le parti rosso-arancioni quelle più calde. Queste fluttuazioni potrebbero essersi generate nel periodo dell’inflazione (vd. [as] Crescita in tempi di inflazione) pochi attimi dopo il Big Bang. Dalle risultanti fluttuazioni di densità si formeranno poi tutte le strutture cosmiche (galassie, ammassi di galassie, superammassi).
Queste condizioni si verificano nei primi 380.000 anni dopo il Big Bang: tramite la luce possiamo sondare l’universo per 13,7 miliardi di anni nel passato, arrivando a “soli” 380.000 anni dal Big Bang, ma non oltre. Data la elevata temperatura, dalla fase primeval fireball si sono liberati luce visibile e raggi ultravioletti che, a causa del redshift, si sono trasformati oggi in flebili microonde. Scoperto nel 1965, il fondo cosmico di microonde (CMB, Cosmic Microwave Background) rappresenta la conferma diretta della primeval fireball. Ne è stata misurata la distribuzione di energie con un’enorme precisione (misura per la quale John Mather ha ottenuto il premio Nobel nel 2006). L’esperimento Boomerang nel 2000 ha rivelato l’esistenza di regioni leggermente più calde e leggermente più fredde e, successivamente, l’esperimento Planck, grazie alla sua maggiore risoluzione, ha permesso uno studio molto più dettagliato di queste anisotropie (vd. approfondimento). Planck ha stabilito per la prima volta quante delle microonde ricevute provengono dall’universo primordiale, quante dallo spazio extragalattico, quante dalla nostra galassia e quante dallo strumento stesso. Motivo per cui la mappa di Planck del fondo cosmico di microonde è la più accurata, dettagliata e affidabile mai realizzata. In linea di principio esistono anche dei metodi per sondare l’universo ancora più primordiale. Uno, indiretto, è lo studio delle abbondanze degli elementi. I nuclei più leggeri (idrogeno, deuterio, elio e litio) si sono formati, infatti, nei primi tre minuti dopo il Big Bang, quando la temperatura era così alta da permettere reazioni di fusione termonucleare. Usando la fisica nucleare è possibile stabilire le abbondanze dei diversi prodotti delle fusioni. Osservando nubi ancora non contaminate dalla presenza di stelle (che fondono i nuclei leggeri, creando nuclei più pesanti) si può ottenere un’ulteriore verifica della teoria del Big Bang. Un altro metodo indiretto è lo studio dello stato di polarizzazione (vd. in Asimmetrie n. 12, approfondimento Fotoni polarizzati e intrecci quantistici, ndr) del fondo cosmico di microonde. Se davvero c’è stata l’inflazione, si sono prodotte onde gravitazionali di grandissima lunghezza d’onda, che determinano una caratteristica configurazione di polarizzazione del fondo cosmico di microonde. Se si riuscissero a eseguire misure ultraprecise di questa configurazione, potremmo confermare l’ipotesi dell’inflazione e stabilirne l’energia (stiamo parlando di scale intorno ai 1019 GeV, tipiche dei primi istanti dopo il Big Bang, non raggiungibili dagli acceleratori di particelle, ma interessantissime per la fisica fondamentale). Per fare questo servirebbe una missione spaziale per lo studio del fondo cosmico di microonde di nuova generazione, come Core (Cosmic ORigin Explorer) e Prism (Polarized Radiation Imaging and Spectroscopy Mission), proposte di recente. L’osservazione diretta sembra invece di là da venire. I neutrini “cosmologici” (di bassissima energia) e le onde gravitazionali possono attraversare la primeval fireball senza interazioni apprezzabili. Ma proprio perché interagiscono così poco con la materia, dovremo aspettare molti anni prima di riuscire a sviluppare astronomie basate su questi evanescenti portatori di informazione.
[as] approfondimento
Un accordo entusiasmante
Un accordo entusiasmante
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