Galileo Giornale di scienza e problemi globali

Planck, caccia alla prima luce dell'Universo

Dalle prime settimane di missione del satellite Planck abbiamo ottenuto immagini di strutture galattiche ed extragalattiche già note, ma con una risoluzione inedita, di gran lunga superiore a quella delle sonde Nasa Cobe e Wmap. È il primo risultato, importantissimo, della sonda della Agenzia spaziale europea (Esa), in orbita dal 14 maggio scorso (vedi Galileo): ci dice che gli strumenti, costati 17 anni di lavoro, stanno funzionando esattamente come ci si aspettava. Premessa non di poco conto visto che Planck - primo progetto europeo per lo studio della radiazione cosmica di fondo a microonde, cioè l’energia rilasciata nello Spazio primordiale circa 14 miliardi di anni fa – vuole indagare il destino dell’Universo e svelare la natura della materia e dell'energia oscura. Ne abbiamo parlato con Marco Bersanelli, docente di astrofisica all'Università di Milano nonché tra i progettisti del satellite.

Professor Bersanelli, come è cominciato il Progetto Planck?
Tutto è partito nel 1992, all’indomani della scoperta delle lievi irregolarità nell’intensità del fondo cosmico da parte del satellite Cobe della Nasa. Quella scoperta ha ci mostrato un Universo primordiale affatto uniforme, con in sé già i semi delle galassie, degli ammassi e di tutte le strutture che osserviamo oggi. Con Reno Mandolesi dell’Istituto nazionale di astrofisica di Bologna ed altri ricercatori è stata immaginata, qui in Italia, una missione spaziale che studiasse queste irregolarità. Indipendentemente, un gruppo in Francia ha ideato una missione analoga. L’Agenzia Spaziale Europea (Esa) ha unito i due progetti e noi italiani ci siamo occupati di creare uno strumento di registrazione a basse frequenze, chiamato Low Frequency Instrument. Ci sono voluti molti anni, ma oggi Planck è una realtà grazie alla quale la cosmologia diventerà definitivamente una scienza di precisione e noi studiosi avremo un terreno solido per le osservazioni dei prossimi venti anni. 

Come funziona il Low Frequency Instrument?
Si tratta di una schiera di 22 ricevitori radiometrici raffreddati a 20 Kelvin (circa 253 gradi centigradi sotto lo zero, ndr.), basasti sull'ultima generazione di amplificatori a bassissimo rumore chiamati Hemt, per “high electron mobility transistor”. Il Low Frequency Instrument osserva il cielo alle frequenze molto basse che corrispondono a lunghezze d'onda fra 4 e 10 millimetri. Il design dei ricevitori assicura una straordinaria stabilità del segnale, una caratteristica importante dello strumento.

In cosa è diverso Planck dai suoi predecessori?
Planck è molto più potente e sofisticato sia di Cobe che di Wmap, un secondo satellite lanciato dalla Nasa nel 2001 dedicato allo studio del fondo cosmico. Sono due le novità assolute di Planck:la prima è, come detto, che il piano focale è raffreddato a temperature prossime allo zero assoluto, il che permette ai suoi detector di raggiungere sensibilità senza precedenti; la seconda è l’ampio intervallo di lunghezze d’onda scrutate che consente di discriminare con grande precisione la luce cosmologica da quella emessa dalla nostra galassia e da sorgenti extragalattiche.

Che tipo di informazioni si possono ottenere?
Planck sarà in grado di registrare le irregolarità del fondo cosmico. L’Universo primordiale è immaginato come una distesa uniforme e incandescente, nella quale la materia oscura aveva incominciato ad aggregarsi e a richiamare, per forza di gravità, il fluido di barioni e fotoni, cioè la materia ordinaria di cui sono fatte tutte le cose che conosciamo. Questo provocò oscillazioni di masse enormi di materiale in forma di onde acustiche a diverse scale, quasi una sinfonia che accompagnava la formazione delle prime strutture cosmiche. Le irregolarità o, meglio, le anisotropie del fondo cosmico sono la traccia di quella musica primordiale.

Cosa permetterà di studiare?
Le prestazioni di Planck consentiranno di realizzare una mappa completa e molto precisa della temperatura e della polarizzazione della prima luce. Potremo estrarre il valore dei parametri cosmologici fondamentali di dinamica, composizione e curvatura dell’Universo e, magari, comprendere la natura della materia oscura e dell’energia oscura. Inoltre, se siamo fortunati, potremo vedere gli indizi dell’inflazione, cioè di una fase dell’espansione rapidissima dell’Universo che avrebbe fissato le proprietà geometriche dello spazio-tempo nelle primissime frazioni di secondo dopo il Big Bang.

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