Una recente osservazione della Radiazione Cosmica di Fondo con l’Atacama Cosmology Telescope conferma le basi del modello Lambda-Cdm.
Uno dei Sacri Graal della cosmologia è uno sguardo alle epoche più antiche della storia cosmica. Sfortunatamente, le prime centinaia di migliaia di anni dell’Universo sono avvolte in una nebbia impenetrabile. Finora, nessuno è riuscito a vedere oltre fino al Big Bang ma gli astronomi stanno cercando di approfondire quello che possiamo vedere utilizzando i dati dell’Atacama Cosmology Telescope (ACT) in Cile. L’ACT ha misurato la Radiazione Cosmica di Fondo, la luce emessa per la prima volta nell’Universo a circa 380.000 anni dopo il Big Bang. La misurazione ha consentito di mettere rigorosamente alla prova il modello standard della cosmologia, detto Lambda-Cdm o anche Big Bang, a conferma della straordinaria solidità. La nuova osservazione e le immagini più chiare di ACT stanno anche aiutando gli scienziati a capire esattamente quando e dove le prime galassie hanno iniziato a formarsi. Se i dati di ACT saranno confermati, alcuni sono attualmente ancora in peer review, rappresenteranno la prima immagine dell’Universo primordiale, mostrando agli scienziati come apparivano i semi delle galassie solo poche centinaia di migliaia di anni dopo il Big Bang.
Le osservazioni di ACT
Stagg e altri nella Collaborazione ACT si sono concentrati su variazioni molto sottili nella densità e nella velocità dei gas nell’Universo molto giovane. Secondo il vicedirettore di ACT Mark Devlin, è stato un processo lungo. “Per effettuare questa nuova misurazione, abbiamo avuto bisogno di un’esposizione di 5 anni con un telescopio sensibile sintonizzato per vedere la luce a lunghezza d’onda millimetrica“, ha affermato, sottolineando che le osservazioni richiedevano rilevatori altamente sensibili e supporto informatico.
La collaborazione ha misurato la polarizzazione della luce della Radiazione Cosmica di Fondo (CMB). Si tratta del debole bagliore a microonde che riempie lo spazio. È la luce più antica dell’Universo e rappresenta un’epoca in cui la luce è stata in grado di muoversi liberamente per la prima volta nell’Universo primordiale in espansione. Prima di allora, lo spazio era riempito da un cosiddetto “plasma primordiale”. Era troppo caldo per consentire alla luce di propagarsi. Quindi, essenzialmente, l’universo era buio. La CMB altro non è che il debole bagliore di luce che è stato finalmente in grado di muoversi nel cosmo. Mostra piccole fluttuazioni di temperatura in diverse regioni che indicano variazioni nella densità del gas e nel modo in cui si è mosso nello spazio. Pensa a quelle variazioni come ai “semi” di stelle e galassie future.
Una piccola parte della luce proveniente dalla Radiazione Cosmica di Fondo si è polarizzata quando ha interagito con le prime “strutture di densità” nell’Universo primordiale. In sostanza, vibra in una direzione diversa rispetto al resto della luce. Le onde luminose vibrano in tutte le direzioni, ma possono essere spostate in una direzione molto specifica quando colpiscono una superficie. Nello spazio, quando un’onda luminosa colpisce una nuvola di gas, questa la polarizza e ne cambia la direzione di vibrazione. La polarizzazione può rivelare informazioni sull’oggetto che ha reindirizzato l’onda luminosa. In questo caso, è stata causata quando la prima luce è rimbalzata sulle strutture di densità che esistevano allora.
Il dettaglio della luce polarizzata
ACT non è il primo telescopio a studiare questa lontana era della storia cosmica. Il satellite Planck, ad esempio, ha anche misurato la debole luce della Radiazione Cosmica di Fondo. ACT ha fatto di meglio, secondo il membro del team Sigurd Naess. “ACT ha una risoluzione cinque volte superiore a quella di Planck e una maggiore sensibilità“, ha affermato Naess, ricercatore presso l’Università di Oslo e autore principale di uno dei numerosi articoli correlati al progetto. “Ciò significa che il debole segnale di polarizzazione è ora direttamente visibile“.
Le immagini di polarizzazione ottenute da ACT rivelano il movimento dettagliato dell’idrogeno e dell’elio gassosi nell’Universo primordiale. “Prima, vedevamo dove si trovavano le cose, e ora vediamo anche come si muovono“, ha detto Staggs. “Come usare le maree per dedurre la presenza della luna, il movimento tracciato dalla polarizzazione della luce ci dice quanto fosse forte l’attrazione della gravità in diverse parti dello spazio“.
Le immagini ACT della luce polarizzata dalla CMB mostrano variazioni molto sottili nella densità e nella velocità dei gas che riempivano il giovane Universo. Quelle che sembrano nubi nebbiose nell’intensità della luce sono regioni più o meno dense in un mare di idrogeno ed elio. Quelle regioni si estendevano per milioni di anni luce. Alla fine, la gravità ha attirato le aree più dense insieme per formare stelle e galassie. Il loro aspetto dettagliato in un’epoca così precoce del tempo cosmico aiuta gli scienziati a rispondere ad alcune domande difficili sulla nascita dell’Universo.
Una conferma del modello Lambda-Cdm
I dati di ACT contengono anche informazioni su altri oggetti nello spazio, tra cui la Via Lattea, altre galassie e ammassi di galassie. In un certo senso, stanno tracciando l’evoluzione dell’Universo dalla sua infanzia ai tempi moderni. Ma, quei dati puntano anche verso qualcos’altro, secondo Erminia Calabrese, autore principale di uno dei vari articoli sulle osservazioni di ACT.
“Abbiamo misurato con maggiore precisione che l’Universo osservabile si estende per quasi 50 miliardi di anni luce in tutte le direzioni da noi e contiene una massa pari a 1.900 ‘zetta-soli’, ovvero quasi 2 trilioni di trilioni di Soli“, ha affermato Calabrese. “Di quei 1.900 zetta-soli, la massa della materia normale, quella che possiamo vedere e misurare, ne costituisce solo 100. Altri 500 zetta-soli di massa sono misteriosa materia oscura e l’equivalente di 1.300 è l’energia dominante lo spazio vuoto, detta anche energia oscura“. Numeri che confermano inequivocabilmente che la stima del modello Lambda-Cdm è accurata.
I nuovi dati di ACT hanno anche aiutato gli scienziati a perfezionare l’età dell’Universo a un limite molto più preciso di 13,8 miliardi di anni. E potranno anche aiutare gli scienziati a capire di più su quanto velocemente sta crescendo nei tempi moderni. Queste nuove misurazioni aiuteranno gli scienziati mentre si preparano alla transizione al nuovo telescopio Simons Observatory in Cile. Come ACT, anche questo sarà focalizzato sugli studi del CMB e osserverà ampie fasce del cielo a più frequenze.
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Per saperne di più
- Leggi l’articolo originale su NASA\JPL
- Leggi il paper scientifico intitolato “The Atacama Cosmology Telescope: DR6 Constraints on Extended Cosmological Models” pubblicato su ArXiv
- Leggi la serie di articoli scientifici ricavati dalle osservazioni di ACT
