La Radiazione di Fondo (Cosmologia Parte V)

Cosmic Microwave Background Radiation (CMBR) Per molti anni il Big Bang fu una semplice ipotesi. Nel 1965 due tecnici della Bell Telephone, si accorsero che il fondo captato da una nuova antenna proveniva con uguale intensità da tutte le direzioni dello spazio. La radiazione, caratterizzata da una “temperatura di corpo nero“ intorno a 3 K, aveva  = 0.2 cm. Ipotizzato che potesse essere il residuo della radiazione prodotta nel Big Bang, vennero verificate le previsioni teoriche. Nel 1990, il satellite COBE (COsmic Background Explorer) verificò che la (CMBR) aveva lo stesso profilo di intensità previsto dalla teoria. Salvo controprove, la CMBR sembra essere la radiazione emessa durante il Big Bang, spostata a bassa frequenza dall’espansione dell’Universo.

Spettro di Corpo Nero Radiazione di fondo a 2.7 K Intensità della radiazione di fondo cosmica in funzione della frequenza, misurata dal satellite COBE. (NASA Goddard Space Flight Center)

La Struttura a Larga Scala dell'Universo Nel 1992, COBE scoprì che la CMBR presenta delle lievissime variazioni di intensità alle varie frequenze cioè di temperatura in varie direzioni dello spazio. Questa è la conferma che la radiazione di fondo si è prodotta per annichilazione di materia e antimateria. Le disomogeneità rispecchiano la distribuzione della materia primordiale.

Cosmic Microwave Background Radiation, CMBR. L'anisotropia della temperatura della CMBR nell’Universo, come misurata dal satellite COBE. In rosso sono rappresentate le zone a temperatura più alta, in blu e nero quelle di temperatura più bassa. (COBE, NASA)

Cosmic Microwave Background Radiation, CMBR. Immagine in falsi colori delle anisotropie della CMBR tra 2.724 K e 2.732 K. Il piano della nostra Galassia giace lungo l'asse maggiore dell’ellisse. La differenza di temperatura tra le regioni in rosso (le più calde) e quelle in blu è di 0.0002 K. (COBE,NASA)

Immagine a 2.7 K dell’Universo 11 febbraio 2003: la più recente immagine a micronde dell’universo primordiale. Il susseguirsi di chiaro scuri è l’anisotropia locale, prova del processo di inflazione. (WMAP)

Sonda per la Rivelazione delle Anisotropie nella Radiazione di Fondo Cosmico (WMAP - Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) Lanciata nel Giugno 2001, WMAP è volata in prossimità del punto Lagrangiano L2, a 1.5 milioni di chilometri dal calore e dalle interferenze terrestri. Da li ha monitorato la radiazione di fondo cosmico prodotta 380.000 anni dopo il Big Bang. La lunghezza d’onda ha subito un redshift (allungamento per effetto dell’espansione) di un fattore 1.100, portandosi nella regione spettrale delle microonde . (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe).  Computer rendering courtesy NASA and the WMAP Science Team.

La Distribuzione di Materia L’Universo su larga scala è quasi omogeneo; la misura delle posizioni di migliaia di galassie ha mostrato che la distribuzione non è uniforme. Le galassie e gli ammassi si riuniscono in addensamenti piatti, come “fogli” e altri allungati, detti “filamenti” separati da regioni vuote: i "voids". La struttura d’insieme assomiglia ad una "spugna". Molti ammassi sono coinvolti in moti d’insieme verso altri ammassi, detti “attrattori” per la loro spinta gravitazionale. Le strutture sono dovute alla presenza di piccolissime disomogeneità nella distribuzione iniziale di materia proprio quelle stesse rivelate dall’anisotropia della radiazione di fondo cosmica.

La struttura a larga scala dell'Universo, con i suoi addensamenti di galassie e i suoi "vuoti", si può vedere in questa mappa che comprende ben 11mila galassie. La nostra Galassia si trova al centro, e il raggio esterno ad una distanza di circa 450 milioni di anni luce. La regione di cui mancano informazioni e‘ quella lungo il piano della Galassia, perche' le stelle della Via Lattea oscurano le galassie esterne. (Smithsonian Astrophysical Observatory)