Planck e lo sfondo delle microonde cosmiche

CMB visto da Planck e WMAP

Quante missioni spaziali hanno studiato lo sfondo delle microonde cosmiche?
La prima missione spaziale specificamente progettata per studiare lo sfondo cosmico a microonde (CMB) è stata la Cosmic Background Explorer (COBE), lanciata dalla NASA nel 1989., Tra le sue scoperte chiave c’era quella media in tutto il cielo, la CMB mostra uno spettro che si conforma in modo estremamente preciso a un cosiddetto “corpo nero” (cioè radiazione termica pura) ad una temperatura di 2,73 Kelvin, ma che mostra anche fluttuazioni di temperatura molto piccole dell’ordine di 1 parte su 100.000 in tutto il cielo. Questi risultati sono stati premiati con l’assegnazione del Premio Nobel per la fisica 2006 a John Mather e George Smoot.,

La missione spaziale di seconda generazione della NASA, la Wilkinson Microwave Anisotropia Probe (WMAP) è stata lanciata nel 2001 per studiare queste piccolissime fluttuazioni in modo molto più dettagliato. Le fluttuazioni sono state impresse sulla CMB nel momento in cui i fotoni e la materia si sono disaccoppiati 380.000 anni dopo il Big Bang e riflettono densità leggermente più alte e più basse nell’Universo primordiale. Queste fluttuazioni sono state originate in un’epoca precedente-immediatamente dopo il Big Bang-e in seguito sarebbero cresciute, sotto l’effetto della gravità, dando origine alla struttura su larga scala (cioè, ammassi e supercluster di galassie) che vediamo intorno a noi oggi. I risultati di WMAP hanno contribuito a determinare le proporzioni dei costituenti fondamentali dell ” Universo e di stabilire il modello standard di cosmologia prevalente oggi, ed i suoi scienziati, guidato da Charles Bennett, hanno raccolto molti premi in fisica negli anni successivi.

Infine, Planck dell”ESA è stato lanciato nel 2009 per studiare la CMB in modo ancora più dettagliato che mai., Copre una gamma di frequenze più ampia in più bande e ad una sensibilità più elevata rispetto a WMAP, rendendo possibile una separazione molto più accurata di tutte le componenti del cielo submillimetro e della lunghezza d’onda delle microonde, incluse molte fonti in primo piano come l’emissione dalla nostra Via Lattea. Questo quadro completo rivela quindi la CMB e le sue minuscole fluttuazioni in modo molto più dettagliato e preciso di quanto precedentemente raggiunto., Lo scopo di Planck è quello di utilizzare questa maggiore sensibilità per dimostrare il modello standard della cosmologia oltre ogni dubbio o, più allettante, per cercare deviazioni dal modello che potrebbero riflettere nuova fisica al di là di esso.

Che aspetto ha lo sfondo delle microonde cosmiche?
Lo sfondo cosmico a microonde (CMB) viene rilevato in tutte le direzioni del cielo e appare ai telescopi a microonde come uno sfondo quasi uniforme. I predecessori di Planck (missioni COBE e WMAP della NASA) misurarono la temperatura del CMB per essere 2.726 Kelvin (circa -270 gradi Celsius) quasi ovunque nel cielo., Il “quasi” è il fattore più importante qui, perché minuscole fluttuazioni della temperatura, di appena una frazione di grado, rappresentano differenze nelle densità di struttura, su scale sia piccole che grandi, che erano presenti subito dopo la formazione dell’Universo. Possono essere immaginati come semi per dove le galassie alla fine crescerebbero. Rivelatori strumento di Planck sono così sensibili che le variazioni di temperatura di pochi milionesimi di grado sono distinguibili, fornendo una maggiore comprensione della natura delle fluttuazioni di densità presenti subito dopo la nascita dell ” Universo.,

Che cos’è ‘il modello standard della cosmologia’ e come si relaziona con la CMB?
Il modello standard della cosmologia si basa sul presupposto che, su scale molto grandi, l’Universo sia omogeneo e isotropico, il che significa che le sue proprietà sono molto simili in ogni punto e che non ci sono direzioni preferenziali nello spazio. In questo modello, l’Universo è nato quasi 14 miliardi di anni fa: in questo momento, la sua densità e temperatura erano estremamente alte – uno stato indicato come “Big Bang caldo”., L’Universo non ha mai smesso di espandersi, come dimostrato dalle osservazioni eseguite dal momento che alla fine del 1920. La ricca varietà di struttura che si può osservare relativamente piccole squame è il risultato di minuscoli, le fluttuazioni casuali, che sono state incorporate nel corso dell’inflazione cosmica – un primo periodo di espansione accelerata che ha avuto luogo subito dopo il Big Bang – e che sarebbe poi crescere sotto l’effetto della gravità in galassie e ammassi di galassie.,

Il modello standard della cosmologia è stato derivato da una serie di diverse osservazioni astronomiche basate su processi fisici completamente diversi. Per conciliare i dati con la teoria, tuttavia, i cosmologi hanno aggiunto due componenti aggiuntive che mancano di conferma sperimentale: la materia oscura, una componente di materia invisibile la cui distribuzione simile a una ragnatela su grandi scale costituisce l’impalcatura in cui si sono formate galassie e altre strutture cosmiche; e l’energia oscura, una componente misteriosa che permea l’Universo e sta, Il modello standard della cosmologia può essere descritto da un numero relativamente piccolo di parametri, tra cui: la densità di materia ordinaria, la materia oscura e l’energia oscura, la velocità di espansione cosmica all’epoca attuale (noto anche come la costante di Hubble), la geometria dell’Universo, e la relativa quantità di primordiale fluttuazioni incorporato durante il gonfiaggio, su scale diverse e la loro ampiezza.

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