Catturate le onde primordiali del Big Bang, provata la cosmic inflation

Per la prima volta si è riusciti a catturare l'eco gravitazione del Big Bang. Quasi 14 miliardi di anni fa l'universo che abitiamo scoppiò avviando quella che chiamiamo esistenza con un evento straordinario che ha avviato il Big Bang. Nella prima fugace frazione di un secondo, l'universo si espandeva in maniera esponenziale e si estende ben oltre la vista dei nostri migliori telescopi. Tutto questo, naturalmente, era solo teoria. I ricercatori del progetto BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) hanno annunciato Lunedì scorso, presso l'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics,  la prima prova diretta di questa inflazione cosmica.

I loro dati forniscono anche le prime immagini delle onde gravitazionali, o increspature nello spazio-tempo. Queste onde sono state descritte come i "primi tremori del Big Bang". Infine, i dati confermano una profonda connessione tra la meccanica quantistica e relatività generale. "Il rilevamento di questo segnale è uno degli obiettivi più importanti della cosmologia oggi. C'è voluto un grande lavoro e da molte persone per arrivare a questo risultato", ha dichiarato John Kovac (Harvard - Smithsonian Center for Astrophysics), responsabile della collaborazione BICEP2.

Si tratta di risultati innovativi provenienti da osservazioni effettuate con il telescopio BICEP2 della radiazione cosmica di fondo, un debole bagliore lasciato dal Big Bang. Piccole oscillazioni in questo scenario osservato forniscono indizi per le condizioni dell’universo primordiale. Ad esempio, le piccole differenze di temperatura attraverso il cielo mostrano dove alcune parti dell'universo erano più dense, poi condensate in galassie e ammassi galattici. Poiché la radiazione cosmica di fondo è una forma di luce, essa presenta tutte le proprietà della luce, tra cui la polarizzazione.

Pattern di inflazione nella polarizzazione della radiazione cosmica

Sulla Terra, la luce solare viene diffusa dall'atmosfera e diventa polarizzata, che è poi il motivo per cui usiamo occhiali da sole polarizzati per contribuire a ridurre i riflessi. Nello spazio, la radiazione cosmica di fondo fu dispersa da atomi ed elettroni e divenne allo stesso modo polarizzata. "Il nostro team ha usato un particolare tipo di polarizzazione detta 'modalità B', che rappresenta una sorta di torsione negli orientamenti della luce antica polarizzata", ha detto il co-leader Jamie Bock (Caltech/JPL). Le onde gravitazionali comprimono lo spazio mentre viaggiano, e questo schiacciamento produce un modello distinto nella radiazione cosmica di fondo. 

Le onde gravitazionali hanno una "manualità", proprio come le onde luminose, e si possono avere polarizzazioni a sinistra e a destra. "Questa è la prima immagine diretta delle onde gravitazionali attraverso il cielo primordiale", ha detto il co-leader del progetto, Chao-Lin Kuo (Stanford/SLAC). Il gruppo ha esaminato scale spaziali su un cielo che si estende da uno a cinque gradi (da due a dieci volte la larghezza della Luna piena). Per questa operazione, hanno viaggiato al Polo Sud per sfruttare le ottimali condizioni di freddo secco e di aria stabile. 

"Il Polo Sud è il posto più a portata di mano da dove si può arrivare allo spazio stando ancora sul terreno", ha detto Kovac. "E' uno dei luoghi più aridi e più chiari sulla Terra, perfetto per osservare i deboli segnali delle microonde del Big Bang". I ricercatori sono stati molto sorpresi di rilevare un segnale a polarizzazione B-mode considerevolmente più forte di quanto molti cosmologi avevano previsto. I ricercatori hanno analizzato i dati per più di tre anni, nel tentativo di escludere eventuali errori. Hanno anche valutato se la polvere nella nostra galassia abbia potuto produrre il modello osservato, ma i dati suggeriscono che ciò è altamente improbabile.

Piccole fluttuazioni di temperatura della radiazione cosmica

"E' stato come cercare un ago in un pagliaio, e invece abbiamo trovato un piede di porco", ha detto il co-leader Clem Pryke (University of Minnesota). Quando è stato chiesto di commentare le implicazioni di questa scoperta, il teorico di Harvard, Avi Loeb ha detto: "Questo lavoro offre nuove intuizioni in alcune delle nostre domande più basilari : Perché esistiamo, come ha fatto l'universo ad iniziare? Questi risultati non sono solo una prova definitiva per quanto riguarda l'inflazione, ci dicono anche quando l’inflazione ha avuto luogo e quanto sia potente il processo sia stato". 

BICEP2 è la seconda fase di un programma coordinato, BICEP and Keck Array experiments, che ha una struttura co-PI. I quattro leader della ricerca sono John Kovac (Harvard ), Clem Pryke (UMN ), Jamie Bock (Caltech/JPL ), e Chao - Lin Kuo (Stanford/SLAC). Tutti hanno collaborato, per ottenere tale risultato, insieme a squadre eccellenti di studenti e scienziati. Altre istituzioni, che hanno collaborato con BICEP2, sono: l'Università della California a San Diego, la University of British Columbia, il National Institute of Standards and Technology, l'Università di Toronto, Università di Cardiff, il Commissariat à l'Energie Atomique.

La teoria del Big Bang ha così ricevuto un'altra importante conferma dopo la scoperta da parte degli astronomi. BICEP2 è finanziato dalla National Science Foundation (NSF). NSF gestisce anche la stazione al Polo Sud dove si trovano BICEP2 e gli altri telescopi, utilizzati in questo lavoro. La Keck foundation  ha partecipato con grandi finanziamenti per la costruzione dei telescopi della squadra. NASA, Jet Propulsion Laboratory (JPL), e la Moore Foundation hanno sostenuto generosamente lo sviluppo della strumentazione, che ha reso possibili queste misurazioni. Dettagli tecnici e informazioni cartacee possono essere trovati sul sito Web di rilascio BICEP2: http://bicepkeck.org/

Fonte: Harvard University
Credit immagine 1: BICEP2 Collaboration
Credit immagine2: BICEP2 Collaboration