di  -  lunedì 12 luglio 2010

Come forse alcuni di voi avranno notato, c’è un’immagine che nell’ultima settimana ha fatto il giro del mondo, dalla BBC alla Repubblica, al Corriere della Sera tutti i giornali ne hanno parlato. Visto che per questa rubrica è un argomento già trattato in passato, come non riportare qui questa bellissima immagine?

In questa rubrica abbiamo seguito il satellite Planck con molta attenzione: a Maggio 2009 ne abbiamo osservato il lancio, assieme al satellite Hershel, mentre a Ottobre dello stesso anno ne abbiamo conosciuto i primi risultati, la “first light”.

In due post ho già avuto modo di fare un’introduzione dell’argomento, per cui per questa puntata del Gatto di Shroedinger abbiamo un’intervista esclusiva a un ricercatore dell’Osservatorio Astronomico di Trieste, il dottor Michele Maris, direttamente coinvolto nell’esperimento Planck e che ha gentilmente trovato il tempo di rispondere ad alcune delle mie domande, che ora condivido con voi.

1)  Il satellite Planck può essere considerato il successore del satellite americano WMAP, che ha risposto a moltissime domande sulla natura dell’Universo. Ma che cosa misurano esattamente questi satelliti e a quali altre domande Planck potrà rispondere che WMAP non ci ha ancora svelato?

Principalmente questi satelliti misurano come varia l’intensità della radiazione elettromagnetica nel campo delle microonde che ci giunge guardando da una direzione all’altra in cielo.

Componendo queste misure gli astronomi sono stati in grado di costruire una vera propria immagine  a microonde dell’intera volta celeste, un’immagine che sotto molti aspetti potrebbe essere paragonata a una fotografia a infrarossi di un edificio, con le parti più calde che appaiono più brillanti e le parti più fredde che appaiono più scure.
Queste variazioni di intensità hanno varie origini:

la più ovvia è l’eccesso di luce proveniente dal centro della Galassia, il centro dell’immagine riportata, poiché in quella direzione vi sono molti più oggetti in grado di produrre luce. È meno ovvio, ma altrettanto vero, che parte della radiazione elettromagnetica mappata dai nostri satelliti non proviene dalla Via Lattea e neppure dalle galassie vicine, ma è stata prodotta circa 380 000 anni dopo il Big Bang e da allora è in viaggio, sparpagliata per l’Universo.

Se a prima vista questa luce sembra uniforme, nella realtà non lo è, e strumenti sensibili come Planck e WMAP possono rivelare le differenze di emissione di varie zone dell’Universo.  Osservare queste fluttuazioni allora vuol dire vedere come era fatta la casa in cui abitiamo, il nostro Universo, come era 380 000 anni dopo il Big Bang.  Non e’ difficile immaginare come questa possa essere una miniera d’informazione.

Studiando la radiazione primordiale,  WMAP ha risposto a un gran numero di domande che da lungo tempo attanagliavano i cosmologi: ha confermato il modello di riferimento dell‘Universo a Grande Scala (l’idea che l’Universo è composto da stelle, sistemate in galassie, a loro volta organizzate in ammassi, separati da vuoto, ndr), in particolare che l’universo è piatto e l’espansione non avrà mai fine; ha fornito la prima misura quasi diretta della quantità di materia oscura;  ha prodotto le prime misure di polarizzazione della CMB e, non meno importante,  ha prodotto un gran numero di risultati in altri campi dell’astrofisica extragalattica, dell’astrofisica della Galassia e del Sistema Solare.

Tuttavia WMAP ha anche trovato una serie di cose strane che attendono ulteriori indagini. Per esempio si è capito che una grande frazione della densità di energia nell’Universo dovrebbe essere fornita dall’energia oscura. Ma i dati attuali non forniscono informazioni su questa energia oscura, che cosa sia, come si distribuisca, e perché sia diventata importante circa all’epoca della formazione della Terra e del nostro sistema solare e non prima.

Anche la stessa radiazione di fondo (la radiazione a microonde misurata da questi satelliti di cui si è parlato prima ndr) non è ancora del tutto chiara. L’intensità della radiazione, infatti, su grande scala appare più omogenea di quanto ci si sarebbe atteso. Le disomogeneità mostrano chiaramente di avere delle concentrazioni ben definite, cosa assolutamente sorprendente perché ci aspetteremmo di vederle distribuite a caso.

Altre osservazioni, come la distrubuzione della radiazione di fondo a piccola scala, o la sua polarizzazione, attendono uno strumento più sensibile di WMAP per essere comprese a fondo.

2) E Planck è in grado di rispondere a queste domande? In che cosa Planck è meglio degli esperimenti precedenti?
Prima di tutto Planck riesce a osservare molte più frequenze degli esperimenti precedenti. Questo permette di studiare meglio le fonti
di contaminazione che mascherano la radiazione primordiale che si vuole studiare. Planck inoltre ha un’ottica migliore che permette di risolvere meglio l’immagine del cielo (per fare un paragone è come se WMAP fosse una macchina fotografica da 3 Mpixels e Planck da 12). Questo permette di misurare variazioni più piccole della quantità di radiazione che ci giunge dall’universo primordiale di quanto può fare WMAP e lo può fare con una precisione migliore.

La maggior sensibilità di Planck deriva dall’uso di una serie di tecnologie più sofisticate per la costruzione dei rivelatori di radiazione elettromagnetica, ma soprattutto dal fatto che Planck è dotato di un complesso sistema di raffreddamento che permette di raffreddare i suoi elementi sensibili a temperature pochi decimi di grado sopra lo zero assoluto. WMAP non potendo contare su queste tecnologie si è dovuto accontentare di un raffreddamento fino a temperature di “soli” 20 gradi sopra lo zero assoluto.
Il calore infatti è il principale nemico di queste misure. Ritornando all’esempio della foto a infrarossi di un edificio, immaginate di tentare di fare la stessa cosa con una macchina fotografica che invece di trovarsi ad una temperatura di 20 – 30 gradi C si trova a una temperatura di 300 C: è ovvio che la macchina fotografica accecherebbe se stessa con il calore che essa stessa emette.

3) Perché è interessante avere una mappa dell’intero cielo? Per comprendere le anisotropie e la loro polarizzazione non è meglio avere uno strumento più preciso, anche a prezzo di un campo visivo più ridotto (come per esempio Quiet )?

I due metodi non sono in competizione ma sono complementari.

Infatti una mappa a tutto cielo permette di mettere nel giusto contesto ciò che si osserva in regioni limitate del cielo magari con una accuratezza e un dettaglio maggiore. Ad esempio permette di capire se un determinato effetto che si osserva localmente si ripete in regioni diverse del cielo, aumentando la confidenza che sia un effetto di natura cosmologica e generale. Se tale effetto si osservasse in una sola regione, potrebbe anche essere legato a fenomeni che avvengono in regioni peculiari della nostra galassia.

Infine Planck è interessato a studiare anche la nostra Galassia, cosa che si fa meglio studiando una mappa a tutto cielo piuttosto che una serie di riprese slegate concentrate solo su regioni particolari.

4) Quando verranno rilasciati i primi risultati scientifici?

È una domanda difficile. Il satellite Planck esplora ogni giorno una fetta di cielo e nel giro di circa 7 mesi completa una immagine a microonde del cielo.

Questo però è solo l’inizio del lavoro. I dati debbono essere studiati e calibrati, per rimuovere possibili imperfezioni e garantirne la qualità prima di essere distribuiti. Inoltre occorre dare la priorità all’uso dei dati alle persone che da 15 anni e più lavorano per la missione Planck. Dunque i dati resteranno per lo piu “privati” per due anni dalla fine ufficiale della missione (dicembre 2011 se be ricordo), dopo di che diventeranno disponibili al pubblico.

Tuttavia verranno resi disponibili entro 6 mesi dalla fine della seconda survey i dati relativi ad una serie selezionata di sorgenti radio a microonde, un insieme di dati più limitato e quindi più facile da verificare, per permettere una rapida verifica coi telescopi a terra.
Quindi probabilmente questi dati parziali saranno disponibili dopo gennaio 2011.

Un grazie della disponibilità a Michele, credo e spero anche da parte dei lettori di Appunti Digitali!

16 Commenti »

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  • # 1
    Giacomo
     scrive: 

    il buco nero supermassiccio.. voglio la foto del buco nero (qualcuno dice che sia bianco..) supermassiccio al centro della galassia..

  • # 2
    y3ll0w
     scrive: 

    GRAZIE è dir poco.
    Questi post sono cibo per il cervello.
    Chissà quanti, come me, passano ore a fissare il cielo stellato chiedendosi “cos’è quel >nero< tra una galassia e l'altra? Vuoto? Può esistere il vuoto?"

    Tanto di cappello :)

  • # 3
    y3ll0w
     scrive: 

    @giacomo (OT)
    Non correre troppo, passa da me che ti presento la mia vicina di casa: risponde alla tua descrizione…

  • # 4
    Giacomo
     scrive: 

    @ y3ll0w
    cioè riduce chi si avvicina troppo a una stringa monodimensionale spaghettificata? :D :D

  • # 5
    Jackaos
     scrive: 

    Da cosa si deduce che l’universo si espanda all’infinito? Non è una coclusione affrettata se dobbiamo ancora studiarlo bene?

  • # 6
    y3ll0w
     scrive: 

    @giacomo (OT)

    Non solo,
    voci di chi “ha toccato con mano” affermano sia in grado di inghiottire solo alcuni tipi di materia, rendendola di fatto un’anomalia cosmica…

  • # 7
    homero
     scrive: 

    secondo me la materia oscura è materia con temperatura di zero assoluto e l’energia oscura è l’energia negativa che questa produce non potendo andare ad una temperatura inferiore…
    e so diventato fisico teorico pure io…da umile matematico…
    per il resto ottimo articolo…

  • # 8
    Eleonora Presani (Autore del post)
     scrive: 

    @Jackaos
    Una misura in particolare fa capire quale sia il destino dell’Universo. Si chiama Omega ed è il rapporto tra la densità dell’universo (quantità di materia per unità di volume) e un particolare valore detto densità critica. Se questo Omega fosse minore di 1, l’Universo sarebbe chiuso e si andrebbe incontro ad un Big Crunch. Se fosse maggiore di 1 l’Universo sarebbe in continua accelerazione e si espanderebbe in maniera iperbolica. Le misure effettuate da WMAP confermano che questo parametro è esattamente 1. Ovvero il nostro universo è “piatto”, nel senso che segue una geometria euclidea, non curva. Inoltre WMAP è stato in grado di misurare precisamente la costante cosmologica, che dà un’informazione sulla così detta “energia oscura”. Sebbene, una conferma sia ancora necessaria, queste misure ci dicono che il nostro universo è in espansione continua.

  • # 9
    lucusta
     scrive: 

    espansione continua ed uniforme.

    ed e’ questa la domanda a cui si cerca di rispondere:
    perche’ e’ piatto?

    come scrive Eleonora, se omega fosse inferiore a 1 sarebbe perpetuo, se fosse superiore a 1 sarebbe iperbolico ( e che quindi il nostro tempo non e’ uguale a quello che ci sarebbe su una galassia immensamente lontano da noi, quindi se il tempo ha una durata diversa, Albert avrebbe teorizzato un sacco di parole vuote), ma esendo uguale ad 1 lo rende unico ed irripetibile, il che porta a domandarsi: perche’ esiste? (come e’ nato, da che e’ scaturito, c’era altro prima, ci sara’ per sempre?)

    bella l’astrofisica, peccato che ogni volta che trovi una risposta si creino decine di nuove domande ancora piu’ difficili… fa’ venire il mal di testa…

  • # 10
    Jackaos
     scrive: 

    @Lucusta

    Non ho capito perchè ti domandi il perchè dell’esistenza conseguentemente all’eccezionalità dell’universo, non ti saresti domandato lo stesso perchè esisti? Poi mi chiedo: secondo le attuali conoscenze, un’espansione infinita dell’universo, porterà ad un raffreddamento dello stesso? Insomma, l’universo morirà? La nostra Terra di sicuro, fra 5 miliardi di anni più o meno, anzi, se non sbaglio la vita finirà prima, perchè al liceo ricordo studiai che il Sole diventerà una..ehm.. Gigante rossa? O comunque che si espanderà quando inizierà a finire l’idrogeno e ci sarà maggior quantità di elio.. credo, non ricordo. Speriamo di riuscire a porcele anche in quel momento queste domande, che non è scontato affatto che l’umanità abbia un lungo futuro, potremmo non essere i campioni dell’universo, e sarebbe meglio ci mettessimo in testa che non ci sono guide ultraterrene, enti supremi o “la natura” che tutto risolve e che come una fenice da tutto ssi risolleva. Farebbe meglio l’umanità a pensarsi sola e padrona del proprio destino, sapendo che ci vuol poco a cadere definitivamente. L’universo probabilmente è indifferente alla nostra esistenza, e fra i miliardi di pianeti con probabili migliaia di civiltà se la nostra va avanti o no forse non cambia granchè. Sarebbe davvero un peccato buttare via l’occasione di conoscere. Qui invece si continua fare guerricciole, causate dai soliti 4 cretini avidi distruttori mentecatti che devono essere parenti di quegli altri 4 cretini passati e dei loro antenati, che invece di essere contenti già solo per il fatto di esistere ( probabilmente non ne hanno coscienza ) si perdono raspando come maiali nel terreno, invece di alzare il capo e guardare all’orizzonte o alle stelle. Ecco, buonanotte.

  • # 11
    Ulisse
     scrive: 

    La questione dell’universo in espansione ci pone difronte al fatto che l’entropia aumenterà sempre di più.

    Questo mi porta a pensare che verrà un tempo in cui la materia sarà totalmente sparsa e le relative distanze saranno tali da considerarsi completamente isolata da qualsiasi influenza esterna.
    Le distanze sarànno talmente grandi da paragnarsi all infinito e l’energia si disperderà nell’infinito senza far più ritorno.
    Resterà il freddo cosmico e la materia oscura probabilmente diventerà un nuovo punto d’inizio per un nuovo e singolare universo basato sulla infinita energia che la matria ostura dal momento della sua apparizione nell’universo, (assieme alla terra) avrà via via infinitamente acumolato fino a raggungere in una qualche posisione una energia talmente infinita da risultare dominante sututte le altre.
    Così un nuovo inizio ci sarà e dal Nulla Assoluto nuova Energia e Nuova materia prenderà posto nel nostro Morto Universo rendendo nuovamente possibile che massa ed energia siano un tutt’uno con il tempo e lo spazio.

    Forse potrebbe anche formarsi un nuovo universo in forma diversa … di sola Energia in fuga perenne in cerca della massa perduta… ma questa forse è solo fantascienza alla Indiana Jones…

    Bhe magari potrebbe essere che la massa dell’universo diventerà talmente avida di energia che la cercherà prprio dalla materia che oggi chiamiamo oscura, ma che in futuro sarà l’unica in grado di iteragire con il fantasma del nostro amato universo che sarà ridotto ad una sorta di pulviscolo lontanissimo e freddissimo … talmente freddo da risultare ancor più freddo della materia oscura… e come sappiamo l’energia se liberata va sempre verso il punto di minor potenziale… quindi probabilmente l’universo potrà avere una nuova posssibilità di riconquistarsi un esistenza e magari potrebbe non essere più UNI ma MULTIverso…

    E qua davvero finisco…

    Ciao e buone vacanze a Tutti!

  • # 12
    Alex del viero
     scrive: 

    inutile farsi tante domande se non pensiamo di piu’ al nostro pianeta!
    fra 5 miliardi di anni finira il nostro sole ma la nostra civilta difficilmente superera i prossimi 1000 anni!
    credo che quindi la fine del sole sia un problema marginale…

  • # 13
    Arunax
     scrive: 

    Intervista interessantissima, è meraviglioso come l’evoluzione tecnologica permetta di scoprire sempre più affascinanti dettagli sull’universo e nel contempo porsi domande… Anch’io nel mio piccolo per la tesi di laurea (ing. elettronica) lavorerò su un sensore di nuova concezione (per acceleratori di particelle, nel mio caso) e trovo che la cosa abbia un fascino incredibile!

    Detto questo, forse qualcuno ha lavorato un po’ troppo di fantasia nei commenti precedenti xD Concordo sul fatto che l’umanità ha tanti problemi di cui preoccuparsi, di cui una buona percentuale causati da se stessa… ciononostante non è che alzare gli occhi al cielo e contemplare le meraviglie che contiene ci sottragga tempo o attenzione, anzi credo che ci renda più consapevoli del fatto che l’universo è incredibilmente vario e affascinante a qualsiasi scala, dai superammassi alle particelle subatomiche, passando per la nostra scala umana!

  • # 14
    Barabeke
     scrive: 

    non la ritengo un’immagine scientificamente attendibile, lo dimostra il post su questo serissimo blog di divulgazione scientifica:
    http://ilrinascimento.it/big-bang-teoria-falsa-tutto-un-magna-magna

  • # 15
    Angelo
     scrive: 

    sull’espansione dell’universo non ci sono dubbi ma ne esiste uno ancora più grande di dubbio
    esistono altri universi con galassie oltre il vuoto al di fuori dell’universo che già conosciamo????
    ciao a tutti

  • # 16
    massimo
     scrive: 

    Vorrei che qualcuno mi spiegasse una cosa: da quali misure di che cosa viene fuori che l’universo è in espansione e per di più accelerata. Il redshift misura grossolanamente la velocità reciproca di osservatore e osservato. Secondo me quando si dice che il redshift cosmologico è una misura dell’espansione dell’universo, non si tiene conto di una cosa: se lo spazio si espande (ammettiamo pure di subirne gli effetti su distanze cosmologiche),lo fa in ogni direzione per ogni punto P sottoposto a espansione. Tracciando la retta tra osservatore e P, consideriamo il piano perpendicolare ad essa passante per P: avremo due semispazi, uno in espansione verso l’osservatore e uno dalla parte opposta. Qualunque radiazione lo attraversi non potrebbe avere per questa espansione nessun redshift risultante perchè sarebbe contemporaneamente costretta ad aumentare e diminuire la propria lunghezza d’onda. E lo stesso accadrebbe ovunque..E’ un’idea errata o corretta??

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