Andromeda

Attorno alla punta del vostro dito fluttuano un centinaio di fotoni che giungono dall'origine dell'universo. Una piccola parte del fruscio della vostra radio è composto da onde elettromagnetiche primordiali. Ci avvolgono in ogni istante e in ogni luogo. 

Circa 350 mila anni dopo il Big Bang, il giovane universo è totalmente diverso da come lo vediamo adesso. Non esiste lo spazio vuoto. E' tutto un denso pullulare di elettroni, una massiccia quantità di protoni, piccoli nuclei di elio, neutrini (che però non interagiscono spesso con la materia comune). Poi ci sono i fotoni che, viste le alte temperature, vicine ai 3000 gradi, sbattono contro gli elettroni impendendo loro di combinarsi con i protoni. La luce non può diffondersi come oggi, i fotoni non riescono a fuggire da questo incredibile ribollire di elementi: tutto è una nebbia opaca e incandescente.

Ma l'universo si espande, ed espandendosi si raffredda. La frequenza della radiazione elettromagnetica si abbassa per via dell'espansione e la sua energia diminuisce.

Ora sono passati 380 mila anni. La temperatura si è abbassata di molto e i nuclei di elettroni possono finalmente sposare i protoni per dar vita ad atomi di idrogeno. I fotoni si propagano in tutto lo spazio. Iniziano a viaggiare per 13, 8 miliardi di anni. Un bel giorno del 1964, Robert Wilson e Arno Penzias due studiosi dei laboratori Bell ad Holmdel, nel New Jersey, stanno smanettando con una grossa antenna dismessa di tipo militare, per scopi amatoriali, e senza volerlo intercettano una strana interferenza. Lo comunicano ad un gruppo di astrofisici di un centro lì vicino. Si scoprirà che quell' interferenza è ciò che la comunità scientifica cercava da tempo: la radiazione cosmica di fondo. Il primo vagito del nascituro universo. La conferma del modello cosmologico che si fonda sulla teoria del Big Bang. Quei fotoni che hanno iniziato il loro viaggio miliardi di anni prima, si sono fatti vivi. E' una delle scoperte più importanti della storia della fisica e nel 1978 varrà il Nobel ai due Wilosn e Penzias che non essendo proprio addentro alla materia non comprenderanno bene le ragioni di quel premio.

Quello della radiazione primordiale è un segnale molto tenue che risente dell'espansione dell'universo e dell'effetto deflattivo del tempo. Misura 2,7 gradi Kelvin sopra lo zero assoluto, è omogeneo in tutte le direzioni. Un segnale così uniforme indica un universo senza punti speciali ed è detto isotropo. Le piccolissime differenze in questa uniformità prendono il nome di anisotropie. Su questi esegui dettagli si sono concentrati gli studi negli anni successivi alla scoperta della radiazione cosmica di fondo.

Il ragionamento è questo: se il gas del nascituro universo fosse totalmente omogeneo, totalmente omogenea sarebbe la distribuzione della materia nell'evoluzione del cosmo.

Ma tutto è costituito da stelle, galassie, ammassi di galassie, spazio vuoto. Non c'è una totale uniformità. Si pensa che l'evoluzione dell'universo abbia amplificato delle piccole perturbazioni, piccole fluttuazioni di densità. L'azione della gravità ha poi permesso il raggrupparsi di materia e dunque la formazione delle galassie.

Per confermare l'esistenza di queste anisotropie sono occorsi svariati anni e appositi apparati, in particolare un satellite chiamato COBE (nome peraltro dell'intero progetto) che ha captato e passato al setaccio quel debole e antico segnale. La scoperta è valsa, nel 2006, il premio Nobel al capo dell'intero progetto: George Smoot.

Perché questa scoperta è importantissima?

Le minuscole perturbazioni si propagano nel gas primigenio un po' come il suono si propaga nell'aria. Solo che non possiamo sentirle: si possono mappare, fotografare. I tecnici sono riusciti a tradurre in suono quei segnali, ma è una ricostruzione.

Così come ascoltando una nota musicale possiamo stabilire se proviene da un pianoforte o da un violino e la frequenza ci parla del materiale con cui è costruito quello strumento, parimenti attraverso lo studio di quelle anisotropie si può dedurre come si sono distribuite all'interno della radiazione cosmica di fondo. Ne deriva un importante quadro che ci parla del percorso fatto dai fotoni e della composizione dell'intero universo. Oggi sappiamo che la materia atomica di cui siamo costituti noi e tutte le cose, stelle comprese, è solo il 5% del totale. Il resto è materia oscura (circa il 27%) ed energia oscura (il 67%).

Non solo: i fotoni ci dicono anche come si muovono in un universo dalla forme diverse. Fotoni che viaggiano paralleli in uno spazio piatto, rimarranno paralleli. In uno spazio curvo, devieranno. Mettendo sotto la lente di ingrandimento tale deviazione, si capisce quanto sia la curvatura complessiva dell'universo.

Oggi sappiamo che la geometria dello spazio è approssimativamente piatta. Non vuol dire esattamente che l'universo sia piatto come un foglio di carta. Significa che, a grandi linee, possiamo studiarlo applicando la geometria euclidea.

La geometria euclidea si applica a spazi e distanze brevi, in cui la curvatura terrestre non costituisce alcun disturbo. E nello studio del cosmo, per tracciare triangoli o linee fra un oggetto astronomico e l'altro.