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 = H0xd
Universo in
espansione
Edwin Hubble
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
la
lunghezza
d’onda
Si abbassa
la
temperatura
Max Planck, un altro fisico,
gia’ nel 1900 aveva ipotizzato quale
‘forma’ avrebbe dovuto avere una
simile radiazione
Ma, nel 1964, la radiazione predetta da Gamow venne
Finalmente rilevata, con questa antenna …
antenna
Wilson
Penzias
… da Penzias e Wilson, due fisici dei laboratori Bell,
che per questo ottennero il premio Nobel nel 1978
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
Espansione seguita
da collasso finale
Ω=1
Ω<1
Espansione perpetua
Espansione perpetua
con velocità finale nulla
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)
Minneapolis
Davies
Berkeley
Pasadena
Oxford
Helsinki
Brighton
Copenhagen
Cambridge
Munich
Paris Trieste
Toulouse
Heidelberg
Milan Padua
Santander
Bologna
Oviedo
Rome
La collaborazione Planck
Cambridge
Paris Trieste
Centri di analisi dati di Planck
Dove orbiterà?
April 1, 2003
Lynn Cominsky - Cosmology A350
Punto L2: 1.5 milioni di km dalla Terra
38
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”