Una reliquia cosmica proveniente da un’epoca in cui l’Universo era molto diverso da quello attuale

Nell’Universo è presente un’eco antichissima: viene da molto lontano nel tempo e nello spazio e porta con sé informazioni estremamente preziose. È chiamata radiazione cosmica di fondo a microonde (CMB, dall’inglese Cosmic Microwave Background), ed è una luce debole e diffusa che riempie l’Universo, proveniente da tutte le direzioni. Gli scienziati la usano come una macchina del tempo per studiare le prime fasi di vita dell’Universo.

La CMB è infatti il residuo termico dell’Universo primordiale. Circa 370.000 anni dopo il Big Bang, l’Universo, espandendosi, si era sufficientemente raffreddato da permettere agli elettroni e ai protoni di combinarsi formando atomi di idrogeno. Prima di quel momento, l’Universo era un brodo opaco di fotoni e particelle: la luce non poteva viaggiare liberamente perché veniva continuamente dispersa dagli elettroni liberi. Quando gli atomi si formarono, i fotoni poterono finalmente propagarsi senza ostacoli: la CMB è precisamente la luce proveniente da quell’epoca, ormai fortemente spostata verso lunghezze d’onda molto più lunghe dall’espansione cosmica.

La radiazione cosmica di fondo è estremamente uniforme: la sua temperatura media è di circa 2,725 kelvin, cioè poco sopra lo zero assoluto. Misurando la sua temperatura in tutte le direzioni del cielo, si trova quasi lo stesso valore ovunque; solo osservazioni sensibili rivelano piccolissime variazioni di temperatura dell’ordine di decine di microkelvin. Queste anisotropie sono fondamentali: rappresentano le impronte delle fluttuazioni di densità presenti nell’Universo primordiale che, sotto l’azione della gravità, hanno dato origine alle galassie, agli ammassi e a tutta la struttura cosmica che si può osservare oggi.

Il ruolo della CMB è centrale nella cosmologia moderna: conferma il modello del Big Bang, e quindi di un Universo dinamico, e tramite l’analisi delle sue anisotropie è possibile ricavare informazioni circa l’età e la composizione dell’Universo. È anche fondamentale per testare le teorie fisiche. La radiazione cosmica di fondo è stata mappata con precisione sempre maggiore da strumenti sia a terra sia nello spazio; in particolare, i tre principali programmi spaziali sono stati COBE, WMAP e Planck, che hanno permesso di misurare con grande accuratezza le sue proprietà.

In immagine: mappa della radiazione cosmica di fondo, impressa nel cielo quando l'Universo aveva 370.000 anni. I colori mostrano minuscole fluttuazioni di temperatura che corrispondono a regioni con densità leggermente diverse. Crediti: ESA e Planck Collaboration