Un click per l’universo neonato

Piatto, dominato dalle leggi della geometria euclidea e in espansione indefinita. E’ l’identikit del nostro universo, emerso dopo che i computer più potenti a disposizione dei ricercatori hanno digerito per sedici lunghi mesi i dati raccolti dalla sonda Boomerang (http://oberon.roma1.infn.it). Il risultato di tanto calcolare è una delle “fotografie” scientifiche più straordinarie degli ultimi tempi e mostra le fattezze dell’universo appena 300 mila anni dopo il Big Bang, cioè quando il cosmo era appena un neonato, tra i 10 e i 20 miliardi di anni fa. L’immagine, che fa bella mostra di se dalla copertina dell’ultimo numero di Nature, fa pensare a un’immane palla di fuoco, dove le temperature, le pressioni, la densità di materia e di energia erano tali da sfidare le leggi della fisica, ma che mostrava già quelle “increspature”, che i fisici chiamano fluttuazioni, che avrebbero dato poi origine alle stelle e alle galassie. Ciliegina sulla torta: il “fotografo” è Paolo de Bernardis, astrofisico dell’Università La Sapienza di Roma che ha guidato un team di ricercatori provenienti dai più prestigiosi laboratori europei e americani. Su Boomerang hanno infatti volato le bandiere del California Institute of Technology, delle università di Berkeley e Toronto, del Jet Propulsion Laboratory della Nasa, del Cern di Ginevra, del centro di ricerche Enea della Casaccia, del Cnr di Firenze e, naturalmente, delle università romane La Sapienza e Tor Vergata.

Erano otto anni che de Bernardis metteva pazientemente insieme le varie componenti del suo Boomerang (Balloon Observations Of Millimetric Extragalactic Radiation ANd Geophysics). Ma le radici di questo esperimento sono assai più vecchie e risalgono al 1965, quando Arno Penzias e Robert Wilson, due ingegneri dei laboratoi Bell, scoprirono casualmente che l’universo è immerso in una sorta di mare di radiazione elettromagnetica alla temperatura di 2,7 gradi Kelvin, (circa 270 gradi sotto zero). Secondo i modelli teorici, questa radiazione cosmica di fondo sarebbe l’eco fossile giunto fino a noi del Big Bang. Nei primissimi istanti di vita, l’universo avrebbe infatti subito una velocissima espansione e un contemporaneo raffreddamento. Dopo circa 300 mila anni, la temperatura avrebbe raggiunto i tremila gradi Kelvin (più o meno la temperatura del Sole), l’idrogeno avrebbe iniziato a formarsi, ma soprattutto i fotoni avrebbero potuto separarsi dalla materia e iniziare a viaggiare attraverso l’universo. La radiazione cosmica di fondo sarebbe appunto ciò che resta di quei primordiali fotoni.

Fino a qualche anno fa si pensava che la radiazione di fondo fosse una melassa sostanzialmente uniforme. Ma nel 1992 la sonda Cobe (COsmic Background Explorer) rivelò per la prima volta che in realtà il fondo cosmico presentava delle perturbazioni, zone di addensamenti di energia che, secondo gli scienziati, avrebbero potuto rappresentare i semi germinali di stelle, galassie e cluster galattici. Cobe, però, esplorava una porzione di cielo troppo ampia e senza la necessaria risoluzione. Ecco dunque l’idea di Boomerang. In sostanza la sonda è costituita da un telescopio di 1,3 metri di diametro, sensibile alle microonde. Rispetto a Cobe, lo strumento esplora una fetta di cielo assai più sottile, ma i suoi sensori raffreddati fino ad appena 0,28 gradi sopra lo zero assoluto (-273 °C) garantiscono una risoluzione circa 100 volte maggiore. Il telescopio è stato portato a una quota di 38 chilometri con un pallone pieno di elio e tra il 29 dicembre 1998 e l’8 gennaio 1999 ha sorvolato l’Antartide raccogliendo i suoi preziosi dati.

Dopo i lunghi mesi di analisi, i risultati sono di quelli che fanno tremare i polsi agli addetti ai lavori. Per cominciare, sostengono la teoria dell’inflazione dell’universo, cioè appunto della sua violentissima e velocissima espansione iniziale. Poi indicano che l’universo è piatto e dominato dalle leggi della geometria euclidea e ciò è assai rilevante per stabilire quale sarà il suo destino. Una delle domande a cui gli scienziati vorrebbero rispondere è infatti se l’espansione dell’universo proseguirà indefinitamente o rallenterà fino a invertirsi e dare il via a una progressiva contrazione che sfocerebbe in un Big Crunch immane quanto l’iniziale Big Bang. La risposta dipende dalla quantità di materia presente nel cosmo: se ce n’è abbastanza, la forza gravitazionale alla fine prevarrà portando alla contrazione, altrimenti l’espansione proseguirà. I risultati di Boomerang che indicano un universo euclideo fanno propendere per la seconda ipotesi.