All’origine dell’Universo

Il satellite Wmap (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), lanciato dalla Nasa nel giugno 2001 per una missione di quattro anni, è stato costruito per raccogliere le immagini nella regione delle microonde ai confini dell’universo. Alto circa quattro metri, attualmente si trova a circa 1,5 milioni di chilometri dalla Terra. Secondo le prime rilevazioni complete, rese note a febbraio 2003, la radiazione di fondo cosmico (ciò che resta del Big Bang) sembra essere relativamente omogenea e presenta solo delle piccole increspature. È proprio da questi “riccioli” a temperatura differente dallo sfondo, che sono nate tutte le galassie, compresa la nostra. La prima stella si è “accesa” tra 100 e 400 milioni di anni fa (prima di quanto pensassero gli astronomi). Secondo questi dati l’universo avrebbe 13,7 miliardi di anni (margine di errore dell’1 per cento). Ma esso rimane in gran parte ancora un mistero: conosciamo infatti solo il 4 per cento della materia che lo compone. Per saperne di più Galileo ha intervistato Francesco Piacentini, astrofisico dell’Università “La Sapienza” di Roma, uno dei partecipanti all’esperimento Boomerang, il telescopio realizzato da scienziati italiani e statunitensi, che dal momento del suo lancio nel 1999 ha permesso di misurare con più precisione le piccole fluttuazioni nella radiazione di fondo cosmico.Dottor Piacentini, qual è il suo giudizio sulle recenti osservazioni del satellite Wmap?”E’ notevole la chiarezza con cui i dati sono stati messi a disposizione di tutti, contemporaneamente alla pubblicazione sulle riviste dell’analisi fatta dal gruppo di Wmap. La scoperta è importante perché conferma in modo più completo le misure pionieristiche fatte da terra negli ultimi anni. Non si tratta quindi di risultati rivoluzionari ma di un miglioramento di quelli già noti. Rispetto alle mappe finora in possesso degli astrofisici, quella di Wmap copre una zona molto grande di cielo ma ha una risoluzione peggiore e un rumore molto più alto. Però molti dati di qualità peggiore possono essere meglio di pochi di qualità migliore”.Qual è la fotografia dell’universo bambino che si ricava dalla mappa e quanto sono accurate queste stime?”La cosmologia degli anni Novanta si è dedicata allo studio della radiazione di fondo cosmico, che è composta dai fotoni generati nei meccanismi iniziali della vita dell’universo. Questi fotoni hanno interagito per l’ultima volta con la materia dopo circa 300 mila anni dal momento del Big Bang e portano quindi impressa l’informazione su quell’epoca primordiale. Non solo: questi fotoni viaggiano liberi, è vero, ma risentono della geometria dello spazio che attraversano. Come una nave che viaggia libera in mare aperto e che deve sottostare ai vincoli della curvatura della superficie terrestre, anche questi fotoni hanno con sé l’informazione sulla geometria dell’universo che attraversano, che come Einstein ci ha insegnato, è in stretto legame con ciò che riempie lo spazio”.In che senso il 96 per cento della materia di cui è fatto l’universo è di natura ignota?”Come dicevo i fotoni che viaggiano nell’universo subiscono l’effetto della geometria dello spazio che attraversano e quindi della densità di materia-energia che riempie l’universo. Boomerang per primo ha misurato che questa densità è esattamente pari a un certo valore critico, diciamo a un numero magico. È complicato entrare nel dettaglio, ma risulta, da studi fatti in discipline diverse come l’astrofisica e la fisica della particelle elementari, che tutta questa materia non si trova e non può essere stata prodotta sotto forma di materia ordinaria. Già prima di Boomerang i fisici erano stati costretti a introdurre una forma di materia capace di interagire solo gravitazionalmente e non elettromagneticamente: la materia oscura”.Cosa sono la materia e l’energia oscure?”Una materia che non presenta interazione elettromagnetica non si può vedere e non si può toccare. Noi esseri umani siamo totalmente incapaci di sentirla in alcun modo se non studiando il moto dei corpi celesti, in particolare la rotazione e la velocità delle galassie. Inoltre, dai recenti risultati, soprattutto dallo studio delle supernovae lontane che ci illustrano come si espande l’universo, sappiamo che nell’universo esiste anche una forma di energia che si manifesta in modo opposto alla gravità. Un’energia che è repulsiva invece che attrattiva e che rappresenterebbe circa il 70 per cento di energia nell’universo”.Questa nuova serie di osservazioni conferma o falsifica le teorie cosmologiche correnti?”Purtroppo, o per fortuna, le teorie cosmologiche moderne non sono ancora in grado di spiegare pienamente molte delle recenti scoperte sperimentali, come illustrato dall’esempio di prima. Diciamo che il risultato ottenuto da Wmap si inserisce perfettamente in uno scenario compatibile con il modello inflazionario. Ma molte sono le cose che rimangono da scoprire”.Il gruppo con cui lei lavora ha appena concluso la seconda campagna sperimentale con Boomerang. Cosa avete osservato dai cieli sopra il Polo Sud?”La migliore mappa per vedere l’aspetto dell’universo bambino è ancora quella prodotta dal primo esperimento Boomerang. Con le nuove rilevazioni speriamo di misurare la polarizzazione della radiazione di fondo cosmico. Vorremmo avere più informazioni sulla dinamica che ha portato a formare l’immagine che abbiamo osservato. In questo modo riusciremmo ad avere informazioni veramente nuove. Nonostante la porzione di cielo osservata da Boomerang sia relativamente piccola la qualità di rilevazione è infatti ottima”.