La radiazione cosmica di fondo

La radiazione cosmica di fondo (CBR, dall'inglese Cosmic Background Radiation) è una radiazione residua che ha avuto origine poco dopo la nascita dell'universo, circa 300.000 anni dopo il Big Bang. Si manifesta come una radiazione elettromagnetica diffusa proveniente da tutte le direzioni del cielo con una temperatura di 2,7 K. Questa radiazione fornisce una prova fondamentale a sostegno della teoria del Big Bang e della nascita dell'universo.

Lo spazio tra le stelle e le galassie può sembrare oscuro e vuoto quando viene osservato attraverso un telescopio ottico convenzionale. Tuttavia, utilizzando un radiotelescopio, si può percepire una sottile emissione isotropa. Questa radiazione non proviene da stelle, galassie o altri oggetti astronomici conosciuti. È interessante notare che la sua presenza è più pronunciata nella banda delle microonde dello spettro elettromagnetico. Il picco di emissione della CBR si trova nella banda delle microonde, motivo per cui è spesso chiamata CMB (Cosmic Microwave Background). Osservando il cielo in questa banda spettrale, si può vedere una radiazione omogenea con una temperatura di 2,7 K, una volta eliminate le interferenze di altre sorgenti come stelle e galassie.

Nell'immagine scattata dal telescopio COBE le zone più scure sono quelle più fredde della radiazione cosmica di fondo, mentre quelle più chiare sono leggermente più calde.

All'inizio, quando l'universo era giovane e molto più piccolo, era pervaso da una radiazione intensa con fotoni ad alta energia che interagivano con il plasma di idrogeno. Questi fotoni ad alta energia impedivano agli elettroni di combinarsi con i protoni, bloccando la formazione degli atomi e rendendo l'universo simile a una nebbia impenetrabile, densa e calda. Con la progressiva espansione dell'universo, la temperatura del plasma e della radiazione cominciò a diminuire e la formazione dei primi atomi stabili divenne possibile, rendendo l'universo trasparente alla radiazione. I fotoni, una volta intrappolati, ora iniziarono a viaggiare liberamente nello spazio in ogni direzione e a diffondersi nell'universo in crescita. La radiazione cosmica di fondo è una testimonianza diretta di questo periodo dell'universo.

La scoperta della radiazione cosmica di fondo

Nel 1964, mentre utilizzavano un radiotelescopio, gli astronomi Robert Woodrow Wilson e Arno Penzias rilevarono una radiazione omogenea che sembrava arrivare da tutte le direzioni del cielo. In un primo momento, ipotizzarono che potesse essere un rumore o un malfunzionamento del telescopio. Ma, dopo ulteriori analisi, compresero che questa radiazione era in realtà un fenomeno universale, non legato a specifiche sorgenti. Il segnale era continuo e proveniva da ogni angolo dell'universo. Questo fenomeno fu successivamente identificato come "radiazione cosmica di fondo". In riconoscimento di questa scoperta, nel 1978, Wilson e Penzias ricevettero il premio Nobel per la fisica.

Nel 1989, il telescopio spaziale COBE (COsmic Background Explorer) fu lanciato con l'obiettivo di studiare in dettaglio la CBR. Il telescopio COBE non solo confermò la presenza della radiazione cosmica di fondo nell'universo, ma rivelò anche piccole fluttuazioni di temperatura. Alcune zone avevano una temperatura leggermente più alta rispetto alle altre. Queste fluttuazioni indicavano che l'universo primordiale non era perfettamente omogeneo. Successivamente alla missione del satellite COBE, è stata la volta del WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) di approfondire lo studio della CMB. Quest'ultimo ha rilevato sottili variazioni termiche nell'ordine di pochi centomillesimi di gradi kelvin K, note come anisotropie. Nel 2009, dopo le missioni COBE e WMAP, è stato lanciato anche il telescopio Planck Surveyor.