Mappa della Radiazione Cosmica di Fondo ottenuta dalla missione Planck dell'ESA
La Radiazione Cosmica di Fondo, detta CMB, è il più antico segnale elettromagnetico dell'universo, emesso circa 380.000 anni dopo il Big Bang quando il cosmo si raffreddò abbastanza da permettere la formazione degli atomi. Rilevata per la prima volta nel 1965 da Penzias e Wilson, è oggi la fonte più preziosa per comprendere le origini del cosmo. LEGGI TUTTO L'ARTICOLO
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Che cos'è la radiazione cosmica di fondo
La Radiazione Cosmica di Fondo — in inglese Cosmic Microwave Background, abbreviata CMB — è una forma di radiazione elettromagnetica che permea in modo estremamente uniforme l'intero universo osservabile. Si tratta della luce fossile dell'universo primordiale: la radiazione che si liberò quando, circa 380.000 anni dopo il Big Bang, il cosmo si espanse e si raffreddò abbastanza da permettere agli elettroni liberi di combinarsi con i protoni per formare i primi atomi neutri di idrogeno e di elio. Prima di quel momento cruciale — tecnicamente chiamato ricombinazione — l'universo era un plasma opaco e denso in cui la radiazione non poteva propagarsi liberamente, rimbalzando continuamente sulle particelle cariche. Con la ricombinazione, l'universo divenne trasparente e la luce poté viaggiare liberamente per la prima volta: quella luce è appunto la CMB, che oggi, dopo oltre 13 miliardi di anni di viaggio e di progressivo spostamento verso le lunghezze d'onda delle microonde per effetto dell'espansione cosmica, raggiunge i nostri rilevatori a una temperatura media di circa 2,725 Kelvin sopra lo zero assoluto.
La scoperta di Penzias e Wilson nel 1965
La CMB fu rilevata per la prima volta in modo accidentale nel 1965 dai radioastronomi americani Arno Penzias e Robert Wilson, mentre lavoravano presso i Bell Telephone Laboratories del New Jersey con un'antenna radio progettata per ricevere segnali di satelliti per telecomunicazioni. I due scienziati notarono un rumore di fondo persistente, costante in ogni direzione del cielo e a qualsiasi ora del giorno e della notte, che non riuscivano a eliminare nonostante avessero accuratamente ripulito l'antenna persino da ogni traccia di escrementi di piccioni annidatisi nella struttura. La natura cosmica di questo segnale fu compresa quasi in simultanea dal gruppo teorico di Robert Dicke all'Università di Princeton, che stava cercando proprio quel segnale previsto dalla teoria del Big Bang. Per questa scoperta rivoluzionaria, Penzias e Wilson ricevettero il Premio Nobel per la Fisica nel 1978. La CMB fornì la prima prova osservativa diretta e inconfutabile della teoria del Big Bang, trasformando la cosmologia da disciplina speculativa in scienza osservativa di precisione.
Le missioni COBE, WMAP e Planck: mappare l'universo primordiale
Nei decenni successivi alla scoperta di Penzias e Wilson, la misurazione sempre più precisa della CMB è diventata uno dei programmi scientifici più ambiziosi e tecnologicamente avanzati della storia dell'astronomia. Il satellite COBE (COsmic Background Explorer), lanciato dalla NASA nel 1989, rilevò per la prima volta le minuscole fluttuazioni di temperatura nella CMB — dell'ordine di una parte su centomila — che rappresentano i semi delle future strutture cosmiche. I responsabili scientifici di COBE, John Mather e George Smoot, ricevettero il Premio Nobel per la Fisica nel 2006 per questi risultati. Il satellite WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), operativo tra il 2001 e il 2010, produsse mappe di risoluzione molto superiore, determinando i parametri cosmologici fondamentali con una precisione senza precedenti. La missione Planck dell'Agenzia Spaziale Europea, che operò tra il 2009 e il 2013, ha infine prodotto le mappe più dettagliate e precise della CMB mai realizzate, stabilendo con straordinaria accuratezza l'età dell'universo (13,8 miliardi di anni), la sua composizione e la geometria dello spazio-tempo.
Anisotropie e struttura cosmica: la mappa del futuro
Le fluttuazioni di temperatura rilevate nella CMB — tecnicamente chiamate anisotropie — non sono casuali ma riflettono le oscillazioni acustiche del plasma primordiale, piccole variazioni di densità generate dalle fluttuazioni quantistiche dell'universo primordiale amplificate durante la fase inflazionaria. Queste irregolarità di densità sono i semi da cui, nel corso di miliardi di anni, si sono formati per gravitazione le galassie, gli ammassi di galassie e la grande struttura filamentare dell'universo che osserviamo oggi. La posizione e le caratteristiche statistiche dei picchi acustici nel cosiddetto spettro di potenza della CMB permettono agli cosmologi di misurare con grande precisione la curvatura dell'universo, il rapporto tra materia ordinaria, materia oscura ed energia oscura, e persino la velocità di espansione cosmica attuale, il parametro di Hubble.
La Radiazione Cosmica di Fondo resta oggi, a oltre sessant'anni dalla sua scoperta, la finestra più preziosa che abbiamo sull'universo primordiale e sui processi fisici che hanno plasmato la realtà in cui viviamo. Ogni nuova generazione di telescopi e satelliti dedicati alla sua misura ci restituisce una visione sempre più nitida di quel momento luminoso in cui l'universo divenne per la prima volta trasparente, aprendoci prospettive scientifiche che toccano le domande più fondamentali sulla natura dello spazio, del tempo e dell'esistenza.
