L'impronta delle onde gravitazionali sull'eco del big bang
Annunciata oggi ad Harvard la rilevazione degli effetti diretti delle onde gravitazionali sulla radiazione cosmica di fondo, l'eco fossile del big bang. La scoperta, effettuata grazie all'osservatorio BICEP in Antartide, conferma dal punto di vista sperimentale l'esistenza di questo tipo di onde previste dalla teoria della relatività generale di Einstein e rafforza la teoria cosmologica dell'inflazione, secondo cui l'universo appena nato avrebbe subito una rapidissima espansione(red)
Un'importante conferma sperimentale dell'esistenza delle onde gravitazionali generatesi nell'universo subito dopo il big bang è stata ottenuta grazie alle osservazioni del telescopio BICEP 2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization), installato fra i ghiacci antartici presso la Amundsen–Scott South Pole Station.
Analizzando i dati raccolti dal telescopio, i ricercatori hanno infatti potuto effettuare una misurazione dell'impronta lasciata dalle onde gravitazionali sulla radiazione cosmica di fondo, o CMB, vale a dire ciò che resta della “prima luce” dell'universo, formatasi quando, circa 380.000 anni dopo il big bang, il caldissimo e denso plasma che lo costituiva si raffreddò abbastanza da permette la formazione degli atomi di idrogeno, liberando un'immensa quantità di fotoni.
La scoperta, annunciata questo pomeriggio in una conferenza stampa allo Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, permette per la prima volta di dare un'occhiata ai primissimi istanti successivi al big bang e rafforza ulteriormente la teoria cosmologica dell'inflazione.
Gli impianti di BICEP 2 in Antartide. (Cortesia BICEP-2 Project)"Il risultato è stato ottenuto da un gruppo di ricerca serio, che conosco personalmente" è stato il commento a caldo di Paolo De Bernardis, della Sapienza Università di Roma, "e con un apparato molto valido; per questo non c'è da dubitare della correttezza dei dati pubblicati. Certo, come per ogni scoperta è bene che ci sia una conferma indipendente."
Se i dati di BICEP passeranno il vaglio della comunità scientifica, rappresenteranno infatti un punto di svolta nel campo della cosmologia e della fisica teorica e "un importante passo in avanti sulla strada dell'astronomia delle onde gravitazionali", come sottolinea un comunicato della eLISA Collaboration, "una nuova astronomia che fornirà una ricchezza di informazioni cosmologiche in tutto il suo spettro, dalle onde cosmologiche con periodo molto lungo studiate da BICEP alle onde molto corte prodotte da buchi neri e stelle di neutroni."
Secondo la teoria della relatività generale di Einstein, la presenza di una massa nello spazio ne altera la struttura stessa “curvandolo”, come un foglio sottile su cui è poggiata una biglia; se poi questa massa accelera, ci saranno variazioni nel livello di curvatura, ossia la massa creerà increspature nello spazio-tempo che prendono il nome di onde gravitazionali.
Estremamente sfuggenti, le onde gravitazionali sono oggetto di ricerca fin dagli anni cinquanta, ma solo con la costruzione dei grandi interferometri come l'europeo VIRGO e lo statunitense LIGO c'è la concreta speranza di rilevarne direttamente il passaggio osservando gli effetti di interferenza sui raggi di luce laser che viaggiano lungo i due bracci dell'interferometro uno ortogonale all'altro.
Mappa dellla radiazione cosmica di fondo ottenuta dalla missione Planck (cortesia ESA/Planck Collaboration)Tuttavia, secondo la teoria dell'inflazione – per cui 10 alla meno 34 secondi dopo il big bang lo spazio-tempo ha sperimentato una violentissima espansione – c'è un altro modo per osservare, se non proprio le onde gravitazionali, quanto meno un loro effetto diretto: le onde gravitazionali generate da quella rapidissima espansione dovrebbero aver generato increspature dello spazio-tempo tali da influire sulla CMB che si muove in esso. Ed è esattamente quello che avrebbero osservato gli scienziati di BICEP, rilevando una vera e propria firma degli effetti di onde gravitazionali sulla radiazione cosmica di fondo, in particolare nella polarizzazione dei fotoni che la compongono.
"Per la prima volta si vede un segnale che secondo tutti i modelli teorici proviene da un attimo dopo il big bang: perché è l'effetto dell'inflazione cosmica; si tratta di un segnale piccolo, ma non piccolissimo" aggiunge De Bernardis. "Questo studio in sostanza ci ha detto dov'è il segnale e a quale livello, quindi c'è spazio per ulteriori misure, molto più precise, per esempio con strumenti più grandi o strumenti spaziali."
"Per quanto riguarda le onde gravitazionali, si tratta di una prova indiretta, di pari importanza dell'osservazione del segnale dalla pulsar binaria, che è valsa a Taylor e Hulse il premio Nobel per la fisica del 1993", commenta Stefano Vitale, dell'Università di Trento, PI della missione LISA Pathfinder. "Si tratta in ogni caso di una conferma dell'importanza delle onde gravitazionali per la conoscenza dell'universo: è un ulteriore passo verso l'astronomia gravitazionale, anche se il vero inizio di questo campo sperimentale sarà l'osservazione diretta delle onde gravitazionali."
"Per le ricerche in corso è un'iniezione di entusiasmo," aggiunge infine Eugenio Coccia, dell'INFN, presidente del Comitato internazionale sulle onde gravitazionali (GWIC). "Questi dati dimostrano che c'è stata sicuramente una potente inflazione dopo il big bang che ha amplificato anche le onde gravitazionali primordiali fino a far lasciare a queste onde un'impronta sulla radiazione cosmica di fondo. È la conferma di quello che molti teorici pensavano; inoltre indicano che le onde gravitazionali hanno un ruolo preziosissimo per studiare quello che è successo prima che la luce si propagasse."
