Lo sfondo cosmico a microonde (o “CMB” in breve) è la radiazione di circa 400.000 anni dopo l’inizio dell’Universo. Potrebbe sembrare un lungo tempo su scale temporali umane, ma è davvero un batter d’occhio rispetto all’età dell’Universo, che è di circa 13,7 miliardi (13.700.000.000) di anni. Prima di questo momento, l’Universo era così caldo e denso che era opaco al tutte le radiazioni. Nemmeno i semplici atomi potevano formarsi senza essere istantaneamente lacerati nei loro protoni ed elettroni costituenti dall’intensa radiazione. L’Universo era costituito da un “plasma”, o gas ionizzato, che è ciò di cui è composta la superficie del Sole .
Sin dal Big Bang, l’Universo si è raffreddato e si è espanso. Per circa 400.000 anni durante la sua vita era abbastanza freddo (sebbene ancora intorno ai 3000 gradi Celsius) per la formazione degli atomi più semplici, e divenne trasparente. La luce di questo periodo ha viaggiato attraverso lo spazio da allora e può essere rilevata tutt’intorno a noi da qui sulla Terra o nello spazio. Possiamo misurare il bagliore residuo del Big Bang.
L’espansione dell’Universo ha allungato la radiazione CMB di circa 1000 volte, il che lo fa sembrare molto più freddo. Quindi, invece di vedere il bagliore residuo a 3000 gradi, lo vediamo a soli 3o sopra lo zero assoluto, o 3 Kelvin (-270o C). Proprio come un carbone ardente (circa 1500 K) si illumina di rosso e una stella luminosa e calda (circa 6000 K) si illumina di giallo o blu, la CMB si illumina con un colore caratteristico associato alla sua temperatura. Tuttavia, poiché fa così freddo, la luce emessa dall’Universo splendente ora ha una lunghezza d’onda molto più lunga di quella che possiamo vedere con i nostri occhi. La CMB è più luminosa a una lunghezza d’onda di circa 2 mm, che è circa 4000 volte più lunga della lunghezza d’onda della luce visibile che vediamo con i nostri occhi.
Storia delle misurazioni CMB
Le prime misurazioni della CMB negli anni ’60, di Arno Pensiaz e Robert Wilson, hanno confermato che CMB era lì e che era tutt’intorno, ma non si poteva vedere in alcun dettaglio. Hanno visto un segnale costante che ha cancellato la loro visuale della galassia. La CMB è così brillante a lunghezze d’onda millimetriche che se decordini una vecchia TV analogica per mostrare l’elettricità statica simile alla neve, una piccola percentuale del segnale che la tua TV sta captando proviene dall’inizio dell’Universo.
Negli anni ’90, un satellite chiamato COBE ha misurato la CMB su tutto il cielo. Ha contribuito a stabilire diverse cose. In primo luogo, la CMB è quasi completamente uniforme, con una temperatura quasi costante su tutto il cielo. Tuttavia, non è completamente costante. C’erano minuscole fluttuazioni, o increspature, nella temperatura, al livello di solo una parte su 100.000. Se la superficie terrestre fosse liscia per 1 parte su 100.000, la montagna più alta sarebbe alta solo 100 m!
Negli ultimi due decenni, molti esperimenti hanno misurato le minuscole fluttuazioni CMB, con precisioni che stanno gradualmente migliorando e meglio. Queste piccole fluttuazioni sono presenti a causa di piccole variazioni nella densità dell’Universo immediatamente dopo il Big Bang. Qualsiasi regione leggermente più densa tende ad attrarre più materia, a diventare ancora più densa e ad attrarre ancora più materiale. Questo processo incontrollato è ciò che ha portato alla formazione delle prime stelle e galassie. Le proprietà delle fluttuazioni sono state utilizzate per aiutare a determinare l’età dell’Universo, di cosa è fatto e persino come potrebbe finire. Man mano che le misurazioni migliorano, la nostra conoscenza dell’Universo aumenta. Planck rappresenterà una pietra miliare importante per la nostra comprensione, misurando queste fluttuazioni con un’incredibile accuratezza e in un dettaglio più fine su tutto il cielo di quanto sia stato possibile in passato.
COBE
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COBE -
WMAP -
Planck
Le tre immagini sopra mostrano il cielo simulato alle risoluzioni di COBE (lanciato nel 1990), WMAP (lanciato nel 2001) e Planck. Tutte le immagini hanno la stessa scala di colori.