La mappa dell'Universo primordiale ottenuta con il satellite Planck

La mappa dell’Universo primordiale ottenuta con il satellite Planck

Nelle fasi iniziali della sua vita, l’Universo era molto caldo e molto denso. I fotoni altamente energetici impedivano la formazione di atomi stabili, impedendo agli elettroni di legarsi ai protoni. Man mano però che l’Universo primordiale si espandeva, la densità e la temperatura diminuivano fino al punto in cui si poterono formare finalmente i primi atomi e la radiazione divenne libera di propagarsi. L’Universo, che per 380.000 anni era stato una nube densa e opaca, divenne trasparente e la radiazione primordiale iniziò a propagarsi. La materia e l’energia si erano disaccoppiate. Questa è la radiazione cosmica di fondo ed è una delle prove decisive a favore del Big Bang e dell’inflazione.

Oggi, circa 13,7 miliardi di anni dopo l’esplosione primordiale, noi siamo ancora in grado di osservare quella radiazione, che si propaga in modo quasi isotropo per tutto l’Universo. Il suo spettro è quello di un corpo nero a circa 2,725 K. A causa dell’espansione dell’Universo, la temperatura della radiazione cosmica di fondo è diminuita fino al valore attuale, e continuerà a diminuire nel futuro.

La mappa dell'Universo primordiale ottenuta con il satellite Planck

Come dicevamo, la radiazione cosmica di fondo è quasi isotropa, e presenta delle fluttuazioni di una parte su centomila. Queste fluttuazioni, originatesi da fluttuazioni quantistiche della materia primordiale, sarebbero i semi delle future galassie. Ormai avrete capito che mappare la radiazione cosmica di fondo sia assolutamente prioritario in cosmologia.

Ecco perchè gli astronomi hanno progettato diversi strumenti, sempre più sensibili, per ottenere la mappa più accurata possibile. L’ultimo in ordine di tempo, e naturalmente il più preciso, è il satellite Planck dell’ESA. Lanciato nel 2009, Planck ha raccolto dati fino al 2013 e proprio in quell’anno è stata rilasciata la prima versione della mappa, ottenuta dopo solo due passaggi osservativi. Ma Planck poteva fare di più. Infatti, nel 2015, è stata rilasciata una seconda versione della mappa, ottenuta da tutti gli otto passaggi osservativi previsti, che oltre alla temperatura includeva anche la polarizzazione della radiazione. Quest’ultima, misurando se la radiazione oscilla lungo una direzione preferenziale, è fondamentale per capire come l’energia e la materia primordiale interagivano. Tuttavia, in questa seconda versione includeva anche delle avvertenze, affermando che i dati non erano sufficientemente accurati ancora da poter essere usati in cosmologia.

Ma gli scienziati hanno continuato a lavorarci sopra e, dopo tre anni di elaborazione, hanno rilasciato pochi giorni fa la versione finale della mappa, che contiene tutti i dati di temperatura e polarizzazione, con una precisione finalmente sufficiente.

A tale proposito, così ha commentato Reno Mandolesi, dell’Università di Ferrara, associato INAF e principal investigator dello strumento LFI (Low Frequency Instrument) di Planck:

Finalmente possiamo elaborare un modello cosmologico basato esclusivamente sulla temperatura, o esclusivamente sulla polarizzazione, o infine sia sulla temperatura che sulla polarizzazione. E tutti e tre corrispondono.

Le misure sempre più precise della radiazione cosmica di fondo hanno permesso di confermare la correttezza del modello inflazionario dell’Universo e l’esistenza della materia oscura e dell’energia oscura (anche se ancora non sappiamo bene cosa siano), ma ha sollevato anche nuovi quesiti, in particolare sulla costante di Hubble.

Quest’ultima è una misura del tasso di espansione dell’Universo e permette anche di ricavare con un semplice calcolo l’età dell’Universo. Grazie a osservazioni sempre più precise delle distanze cosmiche, ottenute anche grazie al telescopio spaziale Hubble, la costante dovrebbe avere un valore pari a circa 73,5 Km/s/Mpc con un errore di appena il 2%, mentre dalle osservazioni di Planck il valore corretto sarebbe pari a circa 67,4 Km/s/Mpc con un errore inferiore, pari all’1%. Una simile discrepanza non è giustificabile come un errore di misurazione, pertanto ci deve essere sicuramente qualche nuovo fenomeno fisico che attualmente ignoriamo, magari nuove particelle o nuove forze, responsabili di questa discrepanza.

Questo è quanto ci ha lasciato Planck: tante conferme, tantissimi dati, tante nuove domande che terranno occupati gli scienziati per i prossimi decenni.

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