Immagini dell’universo primordiale:

i segreti della Genesi nella radiazione cosmica

di fondo

Stefano Covino & Paolo D’AvanzoINAF – Osservatorio Astronomico di Brera

Quanto è grande l’Universo?

La Via Lattea

• Il sistema solare è situato nella periferia di una normale galassia spirale, la Via Lattea

• Essa contiene circa 100 miliardi di stelle

• Diametro: 100000 anni luce

Il gruppo “locale”

Oltre… miliardi di galassie

2008: l’Universo come lo conosciamo

Come siamo arrivati fin qui?

1915

Teoria della relatività generale

Universo stazionario e immutabile

1929: la legge di Hubble

v = H0xd

Edwin Hubble

Universo inespansione

Universo in espansione

Dicke e Gamov, entrambi fisici, calcolarono indipendentemente nel 1946 e nel 1948, che se l’Universo si stava raffeddando, avremmo dovuto vedere una radiazione di microonde in tutto il cielo ad una temperatura di circa 3 K…

Io sono Gamov

Io sono Dicke

Crescela

lunghezzad’onda

Si abbassala

temperatura

Max Planck, un altro fisico,gia’ nel 1900 aveva ipotizzato quale ‘forma’ avrebbe dovuto avere una simile radiazione

… da Penzias e Wilson, due fisici dei laboratori Bell, che per questo ottennero il premio Nobel nel 1978

Ma, nel 1964, la radiazione predetta da Gamow venne Finalmente rilevata, con questa antenna …

antenna

PenziasWilson

Ma cosa hanno visto esattamente?

Ma cosa hanno visto esattamente?

1989: il satellite COBE (Cosmic Background explorer)

Ottimo accordo tra teoria e osservazioni!

Da una temperatura iniziale di circa 3000 Ksiamo arrivati (oggi) a circa 3 K.Questo raffreddamento ci dice quanto a lungo la luce ha viaggiato, 13,7 miliardi di anni: l’età dell’Universo…

Nel 1992, il satellite COBE ha preso la prima immagine della radiazione cosmica di fondo:

John C. Mather & George F. Smoot

Ideatori e responsabili del progetto COBE: Nobel per la Fisica 2006

2001: il satellite WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)

L’esperimento WMAP ha mostrato che le piccole fluttuazioni in temperatura della radiazione cosmica di fondo a microonde hanno le caratteristiche aspettate nel caso di un Universo con densità energetica uguale a quella critica.

• L’universo è piatto: Ω = 1(Ω è il rapporto fra la densità dell'Universo e la densità critica)

• La densità totale dell’Universo è uguale alla densità critica(Il valore critico distingue un universo chiuso da un universo aperto).

• L’Universo è in espansione.

Ω = 1Ω > 1 Ω < 1

Espansione perpetuaEspansione perpetua

con velocità finale nullaEspansione seguita

da collasso finale

La quantità di materia totale richiesta per tenere legate le stelle nelle galassie e le galassie in grandi superammassi, è stimata essere il 27% di quella necessaria per ottenere un Universo a geometria piatta.

Ω = 1

La composizione dell’Universo• La componente visibile

pesa solo per ≈ 4% dell’energia totale dell’Universo.

• Le altre componenti sono oscure.

≈ 23% è materia oscura.

≈ 73% è qualche tipo di energia chiamata energia oscura.

Lo studio delle curve di rotazione delle galassie fa supporre che la materia oscura sia distribuita nello spazio in maniera differente rispetto alle stelle ed al gas, formando vaste strutture intorno alle galassie chiamate Aloni Oscuri.

Il futuro

2008: il satellite Planck• Missione di

osservazione del fondo cosmico di terza generazione, ESA con partecipazione NASA

• 400 scienziati in Europa e Stati Uniti

• Lancio previsto, seconda metá del 2008

• Due centri di analisi dati: Parigi + Cambridge (IaP + IoA), Trieste (OAT + SISSA)

La collaborazione Planck

Davies

Berkeley

Pasadena

Minneapolis

Rome

HelsinkiCopenhagenBrighton

Oviedo

SantanderPadua

Bologna

TriesteMilan

ParisToulouse

Oxford

CambridgeMunich

Heidelberg

Centri di analisi dati di Planck

TriesteParisCambridge

Lynn Cominsky - Cosmology A350 38April 1, 2003

Dove orbiterà?

Punto L2: 1.5 milioni di km dalla Terra

Le promesse di Planck:

• L’immagine ``definitiva” della radiazione di fondo in intensitá totale: una mappa senza precedenti del Big Bang fossile

• La copertura in frequenza, 9 canali da 30 ad 857 GHz, permetterá di riscrivere le nostre conoscenze sulla parte luminosa della materia cosmica,

• decine di migliaia di nuove galassie,

• migliaia di nuovi ammassi di galassie,

• mappe del gas diffuso nella Via Lattea

Con la risoluzione attuale possiamo quindi vedere l’universo così com’era circa 380000 anni dopo il “Big Bang”