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Sfruttato un effetto previsto dalla teoria della relatività di Einstein. Le misure confermano che l'universo è piatto e si espanderà all'infinito sempre più velocemente

Verrà mostrato un affresco celeste senza precedenti. Maldolesi (Inaf-Iasf): «Preciseremo uno dei grandi misteri cosmici, cioè l’esistenza dell’energia oscura»

Il satellite Planck in fase di costruzione (Afp)

E’ una mappa delle origini come non si era mai vista finora e offre uno sguardo d’insieme che gli astronomi sognano da secoli. A realizzarla c’è riuscito il satellite Planck dell’ESA europea lanciato in orbita il 14 maggio 2009. La sua importanza è presto detta raccontando qualche tappa degli ultimi decenni.

LE OSSERVAZIONI - Per capire e vedere i primi momenti della nascita dell’Universo, appena dopo il Big Bang, il grande scoppio da cui tutto ha avuto origine, alla fine degli anni Ottanta (1989) la Nasa lanciava il satellite Cobe. Il suo scopo era raccogliere le anomalie del fondo di radiazione cosmica le quali avrebbero mostrato i semi dai quali si sarebbero poi sviluppate le galassie. Cobe (Cosmic Background Explorer) misurava variazioni minime delle microonde che permeano l’universo la cui esistenza era stata individuata accidentalmente ancora nel 1964 dagli astronomi americani Penzias e Wilson. Il risultato fu straordinario tanto che George Smoot e John Mather i due protagonisti delle osservazioni con Cobe (il primo come astrofisico, il secondo come coordinatore del progetto) ricevettero nel 2006 il premio Nobel per la Fisica. Nel 2001 il primo affresco celeste a radioonde era perfezionato da un altro satellite della Nasa battezzato Wmap-Wilkinson. Ma intanto l’Esa europea aveva messo in cantiere un veicolo spaziale ben più potente capace con i suoi strumenti di compiere un balzo significativo rispetto ai due predecessori americani e cercare risposte più precise sulle origini dell’universo. Gli scienziati italiani partecipavano all’impresa attraverso l’Agenzia spaziale ASI. Così nasceva il satellite Planck di cui è project scientist Jan Tauber, e che ora offre la sua prima dettagliata mappa cosmica. A bordo ci sono due strumenti fondamentali per le osservazioni uno dei quali, il Low Frequency Instrument (LFI) è diretto da Reno Mandolesi alla guida dell’Inaf-Iasf di Bologna. «Mai si era realizzato un quadro del cosmo con nove frequenze diverse, da 30 Ghz a 857 Ghz, raccogliendo indizi e aspetti che prima erano mostrati sono come piccole tessere del grande puzzle celeste – spiega Mandolesi - . I rilevatori di Planck ci mostrano ora in dettaglio regioni importanti come la nebulosa di Orione dove nascono stelle in continuazione, estesi ammassi galattici, evidenzia i particolari della vicina galassia di Andromeda cara alla fantascienza oppure le nubi di Magellano: insomma scrutiamo un insieme di panorami mai scandagliati con queste frequenze. Così abbiamo visto, ad esempio, come dal piano della nostra isola stellare Via Lattea si estendano polveri ben oltre quanto immaginavamo».

GLI OBIETTIVI - Al di là di queste zoomate, però, il satellite Planck punta verso obiettivi e scoperte che potrebbero cambiare l’astronomia delle origini e decifrare meglio la natura che ci circonda. «Vogliamo – aggiunge Mandolesi – capire se il campo di energia che ha creato dopo il Big Bang l’inflazione, cioè quell’espansione durante la quale sarebbero nate le particelle atomiche elementari tra cui il famoso bosone di Higgs, cioè la cosiddetta particella di Dio, da cui dipende la massa delle altre particelle e dunque delle cose. Nell’ipotesi che il campo di energia sia lo stesso, Planck potrà definire con grande accuratezza la massa del bosone a cui i fisici del CERN danno la caccia utilizzando il nuovo super acceleratore LHC. In secondo luogo misureremo con una accuratezza molto superiore a WMAP il livello della radiazione del fondo cosmico, soprattutto nella sua componente polarizzata, e ciò consentirà di vedere in dettaglio ciò che finora era solo una fotografia offuscata. Di sicuro, ciò permetterà scoperte inaspettate addentrandoci bene nelle profondità. Infine preciseremo uno dei grandi misteri cosmici, cioè l’esistenza dell’energia oscura che costituisce il 73% dell’Universo. Non riusciremo a identificarne la natura ma saremo in grado di valutare la sua presenza e i suoi effetti di accelerazione come mai era stato possibile prima». Se il lontano Cobe aveva portato, pur con la sua semplicità, a scoperte da Nobel, la straordinaria potenza di Planck non sarà certo da meno.

Giovanni Caprara

ASTROFISICA. Una ricerca guidata dall'Italia potrebbe avere raccolto la sua prima evidenza concreta

Il satellite «Pamela»

ROMA - In una missione ideata e guidata dall'Italia, il satellite internazionale Pamela potrebbe avere raccolto la prima evidenza concreta della materia oscura, la materia invisibile quasi cinque volte più abbondante di quella visibile di cui sono fatte stelle, pianeti, animali e uomini. Il risultato, pubblicato su Nature, si deve alla ricerca coordinata dall'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) e condotta in collaborazione con l'Agenzia Spaziale Italiana (Asi). Vi hanno partecipato l'università tedesca di Siegen, quella svedese AlbaNova di Stoccolma e la Russia, con la sua Agenzia spaziale e centri di ricerca a Mosca e San Pietroburgo. «Riconosco che potrebbe essere la firma della materia oscura», dice Piergiorgio Picozza, dell'Infn e coordinatore della missione, che comunque sottolinea che per avere questa certezza serviranno ancora molte altre verifiche.

PAMELA - Lanciato nel 2006, il satellite Pamela (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light - nuclei Astrophysics) è una sorta di osservatorio che misura particelle e antiparticelle. Quello che ha visto è un'abbondanza inattesa di positroni (gli equivalenti degli elettroni nell'antimateria) che potrebbe essere spiegata dalla presenza della materia oscura
Il dispositivo è composto da un magnete e da molteplici rivelatori di particelle, orbita e da circa tre anni attorno alla Terra, a un’altezza tra 350 e 600 chilometri, per studiare i raggi cosmici e, in particolare, la loro componente di antimateria. I raggi cosmici sono particelle accelerate a velocità vicine a quella della luce, probabilmente in seguito agli effetti di esplosioni di supernovae lontane o di altri fenomeni violenti nel cosmo; sono formati soprattutto da protoni, nuclei di atomi di elio, o più pesanti, ed elettroni. Tuttavia, tra le particelle più rare si trovano anche particelle di antimateria - identiche alle particelle di materia ma con carica opposta - e tra queste, in particolare, antielettroni, chiamati anche positroni, e antiprotoni.

LA SCOPERTA - I risultati pubblicati su Nature evidenziano un’anomalia nel rapporto tra il numero di positroni e il numero di elettroni rivelati. Questa abbondanza di positroni può trovare una spiegazione plausibile in un segnale di materia oscura, ma non è da escludere che si tratti di particelle provenienti da pulsar o da altre sorgenti astrofisiche. L’ipotesi è che le particelle di materia oscura presenti nella nostra galassia, interagendo fra loro, si annichilino o decadano, producendo sciami di particelle secondarie di alta energia e, in particolare, coppie protone-antiprotone ed elettrone-positrone che Pamela sta intercettando. «Questi dati, insieme a quelli pubblicati sul rapporto antiprotoni su protoni in febbraio su Physical Review Letters, rappresentano uno dei più importanti contributi di questi ultimi anni alla conoscenza del mistero della materia oscura, permettendo di restringere in modo molto significativo il campo delle ipotesi sulla sua natura», spiega Piergiorgio Picozza dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e Università di Roma Tor Vergata, coordinatore dell’esperimento Pamela.

MATERIA ESOTICA - Oltre ai nuclei di antimateria e ai possibili segnali di materia oscura, i fisici della collaborazione stanno cercando altri tipi di materia esotica, ma anche indicazioni sulle sorgenti dei raggi cosmici e sulle leggi che regolano i loro meccanismi di accelerazione e propagazione nella galassia, oltre a precise informazioni sull’evoluzione dell’attività del Sole. Il lavoro di analisi, cominciato dopo il lancio da Baikonur, in Kazakistan, il 15 giugno 2006, coinvolge una collaborazione internazionale, a cui partecipano scienziati italiani, russi, tedeschi e svedesi. I ricercatori italiani, provenienti dalle Sezioni Infn e università di Roma Tor Vergata, Trieste, Firenze, Napoli e Bari, dai Laboratori Nazionali di Frascati dell’Infn e dall’Ifac del Cnr di Firenze, costituiscono il nucleo centrale e più numeroso della collaborazione. La missione Pamela continuerà a fornire informazioni per almeno altri tre anni. «Andare nel cosmo a studiare l’antimateria di origine naturale è fondamentale per capire l’origine e l’evoluzione dell’Universo in cui viviamo» spiega Enrico Flamini, responsabile Osservazione dell’Universo dell’Agenzia Spaziale Italiana. «Per questo l’impegno italiano in questo campo proseguirà con la missione AMS, il più grande cacciatore di antimateria mai costruito, che verrà agganciata alla Stazione Spaziale Internazionale alla fine del prossimo anno».