La radiazione cosmica di fondo

Tra le scoperte che hanno puntellato la teoria del Big Bang ce ne sono due assolutamente fondamentali e imprescindibili. La prima riguarda la comprensione dell’universo in espansione, portata dallo spostamento verso il rosso delle galassie, formulato per la prima volta da Edwin Hubble, con la sua nota legge. La seconda riguarda una scoperta casuale, ma che si stava cercando in virtù delle leggi matematiche che sorreggono l’intero Modello Standard: la radiazione di fondo. La storia della sua scoperta è un po’ sintomatica dei successi della scienza astronomica e di come talvolta essa raggiunge risultati insperati, partendo da presupposti differenti.

Cos’è la radiazione di fondo

radiazione-cosmica-di-fondoQuesta radiazione è interpretata come il residuo di energia derivante dalla gigantesca esplosione del Big Bang, da cui si pensa abbia avuto origine l’universo. L’idea del big bang proveniva direttamente dalle osservazioni di Hubble sull’universo in espansione. Osservando la volta celeste dal potente osservatorio di Mount Wilson, Hubble aveva notato che la distanza tra le galassie, anziché rimanere stabile, tendeva ad aumentare. Ciò era possibile attraverso l’osservazione dello spettro elettromagnetico, che denunciava un vistoso spostamento verso il rosso, grazie all’effetto Doppler. Allontanandosi le galassie emettevano una luce più tendente al rosso di quelle più vicine. Una scoperta del genere metteva in soffitto tutte le idee basate su un universo stazionario, idee alle quali era legato anche Albert Einstein, il fisico più eminente del tempo. Se le galassie tendevano ad andare verso una via di fuga, nella direzione del tempo, basata sull’aumento della distanza, era chiaro che in un dato momento, diversi miliardi di anni prima, la materia che le aveva formate era raccolta in un unico punto. L’idea del Grande Scoppio era balzana, tanto che il nome big bang fu affibbiato quasi a deriderla, ma l’idea non era sbagliata. Anzi. Tutta la materia stellare, i gas, la luce, i pianeti venivano da una grande esplosione, collocata 13 miliardi di anni fa.

Il primo che tentò di dare una spiegazione razionale dello stato dell’Universo al momento del big bang fu il celebre astrofisico ucraino George Gamow, nei primi anni quaranta. Egli applicò i primi concetti di fisica quantistica, basati sulle interazioni nucleari, per formulare la sua prima teoria. Secondo Gamow l’idrogeno, al principio dell’universo, doveva essere stato convertito in elio. Quanto dipendeva dalla temperatura. Gamow ipotizzò che la temperatura dovesse essere altissima e che nel tempo, in seguito all’esplosione, essa si era via via raffreddata, serbando una traccia nello stato attuale. Poiché la radiazione non si disperde al di fuori dell’universo, essa doveva essere ancora presente, sebbene molto rarefatta. La scoperta definitiva fu molto casuale e fu fatta proprio da coloro che non stavano cercando la radiazione, mentre interi gruppi di studio erano intenti a farlo (tra tutti il gruppo guidato da Dicke a Princeton). Arno Penzias e Robert Wilson studiavano l’allora nascente radioastronomia e utilizzando un’antenna per le telecomunicazioni satellitari, a forma di corno, registrarono una sorgente persistente di interferenze, una sorta di rumore radio che proveniva uniformemente da tutto il cielo. Incredibilmente avevano scoperto il residuo del Big Bang, della grande esplosione, poi confermato nei dati sperimentali dai dati raccolti dal satellite COBE, negli anni ’90, che ha confermato la coerenza del Modello Standard dell’Universo.

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