Immagini dell’universo primordiale:
i segreti della Genesi nella
radiazione cosmica di fondo
Stefano Covino & Paolo D’Avanzo
INAF – 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 = H
0xd
Edwin Hubble
Universo in
espansione
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
Cresce lunghezzala
d’onda
Si abbassa temperaturala
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
Penzias Wilson
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 K siamo 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 = 1
Ω > 1 Ω < 1
Espansione perpetua Espansione perpetua
con velocità finale nulla Espansione 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
Helsinki
Copenhagen Brighton
Oviedo
Santander Padua
Bologna Trieste Milan
Paris Toulouse
Oxford Cambridge
Munich
Heidelberg
Centri di analisi dati di Planck
Trieste Paris
Cambridge
April 1, 2003 Lynn Cominsky - Cosmology A350
38
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”
