La storia dell’Universo secondo Planck

I nuovi dati del satellite Planck, pubblicati di recente, riguardano finalmente l’intera missione. Secondo gli scienziati del consorzio, questi risultati stanno facendo luce su ciò che conosciamo del nostro Universo, grazie soprattutto alle misure più precise della distribuzione della materia, inclusa la materia scura, e di come essa si è aggregata nel corso del tempo cosmico. Inoltre, sono stati misurati altri parametri che definiscono le proprietà dell’Universo con una precisione maggiore, fornendo ai modelli dei limiti più stringenti.

L’immagine della Via Lattea in cui si possono osservare i contributi del gas, delle particelle cariche e di diversi tipi di polvere. Credit: ESA/Planck collaboration

Una delle proprietà cosmiche sembra essere cambiata: stiamo parlando dell’intervallo di tempo in cui l’Universo passò una sorta di età buia durante le sue primissime fasi iniziali. Infatti, una analisi preliminare dei dati di Planck suggerisce che tale epoca, un periodo noto come “l’età oscure dell’Universo”, che ebbero luogo prima che si formassero le prime stelle, durò almeno 100 milioni di anni in più. In altre parole, l’età oscura finì 550 milioni di anni dopo il Big Bang cioè 100 milioni di anni dopo rispetto alle stime precedenti (ossia 300-400 milioni di anni) così come ottenute da altri telescopi (post). I ricercatori devono comunque confermare questo risultato.

Le quattro immagini rappresentano i singoli contributi mostrati insieme nell’immagine principale: l’emissione termica dovuta alla polvere (in alto a sinistra) che ha una temperatura di circa 20 gradi sopra lo zero assoluto; l’emissione associata al monossido di carbonio (in alto a destra) concentrato principalmente nel piano galattico, dove sono presenti le nubi di gas e polvere più dense; l’emissione free-free dovuta alle collisioni di particelle cariche (in basso a sinistra) e l’emissione di sincrotrone (in basso a destra) dovuta alle particelle cariche intrappolate dal campo magnetico galattico. Credit: ESA/Planck collaboration

Inoltre, i dati di Planck supportano l’idea in base alla quale quella misteriosa forza, nota come energia scura, stia effettivamente agendo contro la gravità creando sempre più spazio tra le galassie e facendo espandere l’Universo in maniera accelerata. Tuttavia, alcuni scienziati hanno proposto che l’energia scura non esista affatto e che ciò che definiamo per gravità, così come spiegato nella teoria della relatività generale, necessita delle revisioni: in questi altri modelli, la gravità diventa repulsiva su larga scala e ciò elimina il problema dell’energia scura.

Il nuovo catalogo delle immagini di Planck comprende più di 1500 ammassi di galassie osservate su tutto il cielo ed è il più grande mai realizzato. Questi ammassi rappresentano una sorta di punto d’unione delle strutture a filamenti della cosiddetta “rete cosmica” e aiutano gli scienziati a tracciare l’evoluzione cosmica più recente. Uno studio eseguito su più di 400 ammassi di galassie fornisce nuovi valori delle masse che stanno nell’intervallo 100-1000 la massa della Via Lattea. I ricercatori hanno ricavato questi dati analizzando la deflessione della luce più antica quando viene distorta dagli ammassi di galassie, un effetto noto come lente gravitazionale. I risultati restringono i valori della massa di centinaia di ammassi e rappresentano indirettamente un passo avanti verso la comprensione della natura della materia scura e dell’energia scura.

La figura illustra quasi 14 miliardi di anni di storia cosmica e mostra in particolare quegli eventi che hanno contribuito alla radiazione cosmica di fondo. Credit: ESA

Ma in che modo tutta questa informazione, sia del passato che dello stato attuale del nostro Universo, può essere descritta con i dati di Planck? Il satellite dell’ESA, come i suoi più importanti predecessori (COBE e WMAP), ha catturato la luce più antica che ha viaggiato per 13 miliardi di anni prima di raggiungere i rivelatori. Questa luce, cioè la radiazione cosmica di fondo, si originò 370 mila anni dopo il Big Bang, quando la temperatura dell’Universo scese al punto tale da permettere ai fotoni di viaggiare liberamente.

L’immagine illustra la distribuzione della materia su tutto il cielo osservata da Planck. Le regioni che presentano un maggior addensamento di materia appaiono più chiare e viceversa. Le zone grigie sono quelle dove la luce della nostra galassia è talmente forte da impedire al satellite di mappare la distribuzione più distante della materia. Credit: ESA/Planck

Le mappe fornite da Planck di questa luce ci mostrano dove la materia ha iniziato ad addensarsi per dar luogo successivamente alle strutture cosmiche che oggi possiamo ammirare sotto forma di galassie o ammassi di galassie. Ora, analizzando la struttura di quei “siti cosmici” dove iniziò ad aggregarsi la materia, gli astronomi possono ricavare delle informazioni ancora più antiche sulle condizioni fisiche che hanno dato il via a questi processi, proprio nei momenti immediatamente dopo la nascita dell’Universo.

La mappa su tutto il cielo della radiazione cosmica osservata da Planck. Credit: ESA/Planck collaboration

Insomma, nonostante uno strumento di alta tecnologia, come il satellite Planck, abbia avuto tempi difficili per rivelarci cose veramente nuove e sorprendenti nel campo della cosmologia, oggi possiamo affermare, senza alcun dubbio, che comprendiamo molto bene l’Universo. La radiazione cosmica di fondo rappresenta una sorta di “viaggiatore del tempo” e gli scienziati osservandola e analizzandola possono studiare come essa è cambiata durante il suo viaggio verso la Terra, fornendoci così preziosi indizi sull’intera storia dell’Universo. La ricerca, però, continua e le onde gravitazionali primordiali rimangono l’obiettivo principale dei prossimi esperimenti.

JPL: Planck Mission Explores the History of Our Universe

Preposterous Universe: The State of the Early Universe

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• Un sito web interattivo delle mappe realizzate da Planck
• Un video che spiega il viaggio di un fotone nello spazio e nel tempo prima di raggiungere il satellite Planck