Sulle orme dei Premi Nobel: il satellite Planck

L'annuncio dell'assegnazione del Premio Nobel per la fisica
5 Ottobre 2006

INTERVISTA 34-2006. Il premio Nobel per la Fisica del 2006 è stato assegnato a John C. Mather e George F. Smoot, per le loro ricerche nel settore dell’astrofisica legate all’utilizzo del satellite COBE della NASA. Perché questo premio?

Tra il 1964 e il 1965, i fisici americani Arno Penzias e Robert Wilson (Premio Nobel 1978) scoprirono casualmente l’esistenza di una radiazione nella frequenza delle microonde che aveva caratteristiche straordinarie: appariva sempre identica a se stessa indipendentemente dalle condizione del tempo, dalla stagione dell’anno, dal luogo da cui si effettuavano le osservazioni, dal fatto che fosse giorno o notte. Si trattava, cioè, di una radiazione omogenea e isotropa. È come se fossimo letteralmente immersi in un bagno di radiazione a microonde. Come interpretare questo fatto sconvolgente?

La risposta, in realtà, era già pronta: negli anni ’40 era stata sviluppata una teoria che prediceva l’esistenza di una radiazione cosmica di fondo, proprio nella frequenza delle microonde, nell’ipotesi che l’universo avesse avuto origine da un evento come quello descritto dalla teoria del Big Bang. In ultima analisi, insomma, la scoperta della radiazione cosmica di fondo è stato uno degli indizi più convincenti a supporto del Big Bang.

COBE (COsmic Background Explorer), che è stato lanciato nel 1989 dalla NASA, ha proseguito lungo questa direzione, osservando con un dettaglio senza precedenti la radiazione cosmica di fondo.

Ma quale è l’origine di questa radiazione a microonde?

Expanderade universum
L'espansione dell'universo secondo la teoria del Big Bang

La radiazione cosmica di fondo è una conseguenza della nascita stessa dell’universo. È l’universo medesimo che la emette a causa del suo stato energetico, non un corpo specifico o una classe di sorgenti celesti. Secondo la teoria del Big Bang, infatti, una frazione di secondo dopo la sua creazione l’Universo era costituito da un brodo di particelle e di radiazione elettromagnetica in equilibrio. Proprio a causa di questo equilibrio, la radiazione ha una caratteristica che la rende particolarmente semplice: la distribuzione della sua intensità lungo le varie lunghezze d’onda, cioè quello che tecnicamente si chiama spettro – dipende da un solo parametro, la temperatura.

COBE ha ottenuto due risultati fondamentali. Ha misurato con grande precisione la temperatura della radiazione in 2,725 K, che non è la temperatura a cui la radiazione è stata emessa, ma quella a cui la misuriamo oggi: a causa dell’espansione dell’universo la radiazione – non solo la materia – si è raffreddata.

COBE ha misurato anche piccole variazioni di una parte su centomila di questa temperatura: queste fluttuazioni corrispondono a fluttuazioni di densità nell’univero primordiale. Le quali – a loro volta – sono i “semi” dai quali si sono formati gli ammassi di galassie, le galassie, le stelle stesse. Attraverso COBE abbiamo visto gli embrioni dell’universo così come lo conosciamo.

Simulation of cosmic ray background, as Planck would see it
Una simulazione della radiazione cosmica di fondo vista da Planck

L’eredità di COBE sarà raccolta dal satellite Planck, che l’ESA lancerà nel 2008. Che informazioni in più pensiamo di raccogliere con questo nuovo satellite?

La cosmologia osservativa è ancora una scienza giovane: COBE ha sollevato molte domande, alle quali, negli anni successivi, sono arrivate risposte parziali da missioni scientifiche come Boomerang, un’impresa italo-americana realizzata grazie a rivelatori posti su un pallone aerostatico, o WMAP un satellite della NASA.

Il satellite Planck dell’ESA non solo si inserisce in questa linea di ricerca, ma promette di realizzare un vero e proprio balzo in avanti. Attraverso Planck cercheremo di comprendere la struttura fondamentale dell’universo-bambino. Cercheremo di capire come si sono formati i superammassi di galassie e le galassie stesse a partire da quello stato di contrazione spaventosamente energetica in cui l’universo si trovava. Cercheremo di capire se è vero, come alcuni indizi indicano, che l’Universo è stato coinvolto in una fase di espansione parossistica, detta “inflazione”, che lo ha portato a dilatarsi in una frazione di secondo a dimensioni paragonabili a quelle attuali.

Sono obiettivi estremamente ambiziosi, naturalmente. Per raggiungerli Planck è dotato di strumenti che nel complesso lo rendono mille volte più potente di COBE.

Testing Planck's mirrors
Planck nella camera pulita per i test presso ESTEC

Planck ha una lunga storia, iniziata ben 12 anni fa. Quali sono state le sfide tecnologiche della missione?

Per mettere a punto Plank, l’ESA ha compiuto uno sforzo tecnologico notevole. Basti pensare che Planck è dotato, oltre a un telescopio ottico di un metro e mezzo, di strumenti che richiedono un costante raffreddamento: una batteria di 22 ricevitori radio in grado di funzionare a -253 gradi centigradi e ben 52 rivelatori funzionanti a -272.9 gradi centigradi, appena un decimo di grado sopra lo zero assoluto.

È solo grazie a una tecnologia di così alto livello che la cosmologia è divenuta negli ultimi decenni una vera e propria scienza e può porsi l’obiettivo di scoprire e poter dunque raccontare la storia dell’universo: come è nato, come è cambiato nel tempo, come finirà.

Diversamente dalla maggior parte dei satelliti per l’astronomia, Planck non sarà immesso in orbita intorno alla Terra. Dopo il lancio impiegherà circa 4 mesi per raggiungere il cosiddetto punto lagrangiano secondo, a circa un milione e mezzo di km dalla Terra, in direzione opposta al Sole. Questa posizione garantisce che il satellite si trovi abbastanza lontano dalla Terra e dalla Luna e che sia schermato dal Sole in modo da evitare le emissioni di calore di questi corpi, che da soli sarebbero sufficienti a interferire con le osservazioni astronomiche.

Nota:

Le interviste

Dal maggio 2000, con cadenza settimanale, RAI NEWS 24 - canale televisivo digitale della RAI dedicato all'aggiornamento in tempo reale - riserva all'ESA uno spazio di approfondimento di 5 minuti: un'intervista su una notizia di attualità legata alle attività nello spazio.

I servizi vengono ritrasmessi ulteriormente su RAI International e RAI 3. Si va dagli approfondimenti sulla Stazione Spaziale Internazionale, alle scoperte scientifiche dei satelliti dedicati all'astronomia, alle applicazioni concrete legate alle osservazioni della Terra dallo spazio.

I giornalisti della Rai, Lorenzo di Las Plassas e Stefano Masi, si alternano nel discutere con il rappresentante dell'ESA, Stefano Sandrelli, per dare un'idea dell'argomento e per approfondirne un aspetto, in modo che, leggendo di seguito le interviste relative a uno stesso settore se ne abbia uno spaccato sempre più ampio, venendo a conoscenza di cose sempre nuove.

Per ulteriori informazioni, rivolgersi a: Simonetta.Cheli@esa.int.

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