Cosmologia
Radiazione cosmica di fondo
La radiazione cosmica di fondo è
il residuo della radiazione prodotta dal Big Bang che ancora pervade l'Universo.
Già prevista teoricamente, è stata scoperta in modo involontario
nel 1965 da A. Penzias e R. Wilson dei Laboratori Bells nel tentativo
di scoprire la causa di un eccesso di rumore misurato su un'antenna su
cui stavano lavorando. La radiazione ha cominciato a viaggiare liberamente
nell'Universo dopo circa 400.000 anni, quando l'Universo si era sufficientemente
raffreddato da permettere ai fotoni di liberarsi dall'azione della materia.
Prima di tale epoca, i fotoni interagivano continuamente con le cariche
elettriche che costituivano un plasma molto caldo e non potevano sfuggire;
poi, con il raffreddamento, gli elettroni e i protoni, molto meno veloci,
si sono combinati per formare atomi neutri di idrogeno e l'Universo è
diventato trasparente alla radiazione elettromagnetica. La radiazione
si osserva oggi nel campo delle microonde, a una temperatura che, a causa
dell'espansione dell'Universo, è scesa da circa 3000 a 2,725 K.
Lo studio delle sue caratteristiche è molto importante per conoscere
le proprietà dell'Universo a grande scala e dell'Universo primordiale.
Si tratta di una radiazione con una distribuzione energetica cosiddetta
di corpo nero, come quella emessa dalle stelle, che dipende soprattutto
dalla temperatura.
La
temperatura della radiazione cosmica di fondo è estremamente uniforme
in tutte le direzioni dell'Universo; ciò è in effetti una
conferma che la radiazione è il residuo del Big Bang (se la radiazione
fosse prodotta da una sorgente locale, non potrebbe avere tali caratteristiche).
Piccole fluttuazioni di temperatura (dell'ordine di una parte su centomila,
mostrate nella figura) sono state scoperte nel 1991 dal satellite COBE.
Esse sono interpretate come la traccia della successiva formazione delle
galassie e sono relative a regioni dell'Universo più dense delle
altre, quindi a temperatura maggiore, sede appunto della formazione delle
galassie. In sostanza, queste fluttuazioni di temperatura corrispondono
a piccoli grumi nell'omogeneità dell'Universo, i semi da cui nacquero
le strutture più complesse che oggi osserviamo. Prima di questa
scoperta, che ha posto fine alla questione, ci si domandava perché
l'Universo primordiale fosse così uniforme come mostra la radiazione
cosmica di fondo nonostante oggi si osservino grandi agglomerati di materia.
Successivi studi più approfonditi sulla radiazione cosmica di fondo
sono stati effettuati da altri esperimenti (BOOMERANG e MAXIMA), che hanno
evidenziato la presenza di onde sonore nell'Universo primordiale, corrispondenti
a compressioni e rarefazioni della materia. La larghezza e la distribuzione
spaziale dei punti a temperature differenti nella mappa delle fluttuazioni
indicano la geometria dell'Universo: simulazioni teoriche fatte al calcolatore
mostrano infatti che se tali punti hanno dimensione di circa un grado,
lo spazio dell'Universo è piatto (caratterizzato cioè dal
fatto che linee parallele restano sempre alla stessa distanza), mentre
se la dimensione è maggiore o minore, esso è rispettivamente
curvo chiuso o curvo aperto (linee parallele che si incrociano o linee
parallele che divergono). I risultati sperimentali hanno portato a formulare
l'ipotesi che l'Universo sia piatto, ossia possieda una geometria di tipo
euclideo.
Lo studio della radiazione cosmica di fondo, una fonte preziosa di informazioni
sull'Universo, prosegue con altre missioni dedicate, come WMAP della NASA,
con misurazioni molto dettagliate che ci forniscono informazioni sui parametri
cosmologici.
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