LA LUCE  PIU` ANTICA  DELL'UNIVERSO

Tra tutti gli sviluppi della ricerca astrofisica degli ultimi anni, un posto d'onore spetta certamente ai fondamentali risultati ottenuti nel campo della cosmologia grazie ai dati raccolti dal satellite WMAP, lanciato dalla NASA il 30 giugno del 2001. L'obiettivo principale della missione di WMAP, il cui termine è previsto per la fine del 2005, è la misura accurata della temperatura della radiazione cosmica di fondo, ovvero il ``calore residuo '' lasciato dal Big Bang.  Il nome per esteso di questo satellite, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, vuole rappresentare un omaggio e un  riconoscimento al cosmologo di Princeton David Wilkinson, un pioniere nello studio di questa radiazione e membro del comitato scientifico della missione, scomparso nel settembre del 2002. La radiazione cosmica di fondo è la luce più antica dell'universo, e proviene da regioni lontane dalla Terra quasi 14 miliardi di anni luce.  L'informazione che trasporta ci rivela come era il nostro universo circa 400.000 anni dopo il Big Bang, in un' epoca precedente alla formazione delle prime stelle e delle prime galassie. In pratica, è come guardare la fotografia scattata nel primo giorno di vita di una persona che oggi ha 80 anni. Più indietro nel tempo non è possibile vedere, almeno utilizzando questa radiazione.  Vediamo perché. Subito dopo il Big Bang, l'universo è entrato in una fase di espansione e raffreddamento progressivo che dura ancora oggi. Per un certo tempo la libera propagazione della luce (radiazione elettromagnetica) è stata impedita dalla continua interazione tra questa e la materia ionizzata, in cui cioè gli atomi sono separati in nuclei e elettroni a causa dell'altissima temperatura. In termini fisici, si dice che in queste condizioni l'universo è opaco alla luce. Circa 400.000 anni dopo il Big Bang, il raffreddamento dell'universo, conseguente all'espansione, ha fatto scendere la temperatura fino a circa 3000 gradi, permettendo ai nuclei (principalmente di idrogeno ed elio) di combinarsi con gli elettroni in atomi. A questo punto l'universo è diventato improvvisamente trasparente, ed è stato allora possibile alla luce propagarsi liberamente nello spazio. Questa luce, o radiazione, viaggiando per quasi 14 miliardi di anni, e aumentando la propria lunghezza d'onda a causa dell'espansione, è giunta fino a noi e può essere oggi osservata e misurata nella regione spettrale delle microonde. La temperature di questa radiazione è oggi di soli 2.73 gradi sopra lo zero assoluto, e tutti i corpi celesti si trovano immersi in questo "bagno termico" (in realtà piuttosto freddo!), debole ricordo della "fase calda" attraversata dall' universo miliardi di anni fa. In tutto il suo viaggio, questa radiazione ha portato con se l'impronta della sua ultima interazione con la materia, e ci permette quindi di ricostruire la forma degli agglomerati di materia presenti nell'universo quando è diventato trasparente. Dove la materia si trovava più concentrata, in corrispondenza alle galassie e agli ammassi di galassie che appena cominciavano a prendere forma, la temperatura era un poco più alta che nel resto dell'universo, anche se solo di pochi millesimi di gradi. Anche se oggi queste variazioni di temperatura si sono ridotte a pochi milionesimi di gradi, il satellite WMAP è riuscito a misurarle accuratamente, offrendoci l'immagine più dettagliata mai realizzata dell'universo neonato. Non solo un'immagine, naturalmente.  L'analisi quantitativa di queste infinitesime variazioni di temperatura, insieme ad altri dati di diversa natura, ha permesso di ottenere un' accurata determinazione dell'età dell'universo (13.7 miliardi di anni) e ha fornito un quadro ben definito (anche se sconcertante) della sua composizione. La materia che noi conosciamo, di cui sono fatti i nostri  corpi, i pianeti, le stelle, rappresenta soltanto il 4% dell'universo. Tutto il resto è mistero. Il 23% è materia oscura, che non emette luce ma si manifesta attraverso la forza di gravità che esercita sugli altri corpi. Il 73% è energia oscura, una specie di forza anti-gravitazionale che è responsabile per l'espansione accelerata  dell'universo, il quale sembra destinato ad espandersi per sempre. Di che cosa sia costituita la materia oscura non lo sappiamo, ne' può rivelarcelo il satellite WMAP. Sono stati proposti come candidati vari tipi di particelle subatomiche, stelle di massa molto piccola, micro buchi neri, e altro.  E ancora più misteriosa è la natura dell'energia oscura, anche se la sua possibile esistenza era stata ipotizzata da Einstein già nel 1915. Insomma, anche grazie a WMAP, gli astrofisici di oggi e quelli di domani non rischiano certo di restare senza lavoro...

 

Dott. Daniele Galli Astronomo dell’Osservatorio di Arcetri

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