Aspettando la prima radiazione

Cosmologia

Considerato che la sorgente della radiazione cosmica di fondo si è estinta circa 380.000 anni dopo il big bang, per quanto tempo ancora continuerà ad arrivare sulla Terra ovvero quanto tempo impiegherà la CMB formatasi nel punto più lontano ad arrivare sulla Terra? Si può calcolare? Grazie

Ettore Antonelli
22 luglio 2009
Non sappiamo se e quando la radiazione cosmica di fondo ci "sorpasserà". Il motivo è che non sappiamo se l'Universo à spazialmente limitato oppure illimitato.

Il lettore fa correttamente osservare che, se la radiazione cosmica di fondo (in breve, CMB) è stata prodotta in una regione di dimensione finita, prima o poi questa radiazione si propagherà lontano dalla Terra, e noi smetteremo di vederla. Il fatto, dunque, che osserviamo l'esistenza della CMB fornisce soltanto un limite inferiore alla dimensione dell'Universo al momento dell'emissione della CMB. Di principio, l'Universo potrebbe essere addirittura illimitato spazialmente, per cui la CMB continuerà per sempre a fluire attorno a noi. Molto probabilmente, è perlomeno molto, molto grande. In effetti, dato che la luce ha una velocità limitata, e che l'Universo ha un'età finita, noi possiamo vedere solo una porzione dell'Universo, quella racchiusa entro il cosiddetto orizzonte cosmologico. Non sappiamo cosa ci sia al di fuori di questa sfera, perché i fotoni emessi al di là non hanno fatto in tempo a raggiungerci. Si dice che la regione esterna non è causalmente connessa con noi, cioè nulla che succede là può influenzare noi, e viceversa. C'è da dire che, molto probabilmente, l'Universo al di fuori dell'orizzonte cosmologico è simile a quello all'interno, ma semplicemente non c'à modo di provarlo.

La CMB costituisce di fatto il segnale elettromagnetico che proviene da più lontano e che ha viaggiato più a lungo. Ci sono (probabilmente) altri segnali che sono stati prodotti prima della CMB, e cioè il fondo cosmico di neutrini e di onde gravitazionali. Nessuno di questi è stato rilevato sperimentalmente, ma la loro esistenza è inevitabile dal punto di vista teorico. Nel futuro forse la tecnologia permetterà di utilizzare queste particelle per conoscere le epoche più antiche dell'Universo.

Per concludere, una precisazione: la radiazione cosmica di fondo è stata effettivamente emessa 380.000 anni dopo il Big Bang, ma è improprio dire che la sua sorgente si è "estinta". I fotoni che la compongono, infatti, erano presenti anche prima di 380.000 anni dopo il Big Bang. Quello che è cambiato è la loro modalità di propagazione. All'inizio, l'Universo era opaco, e i fotoni continuavano a colpire gli elettroni e i nuclei che permeavano lo spazio, rimbalzando qua e là, come succede quando c'è nebbia. Circa 380.000 anni dopo il Big Bang, il gas è diventato sufficientemente raffreddato e rarefatto così che gli elettroni si sono combinati con i nuclei a formare atomi, e da quel momento in poi i fotoni sono diventati liberi di propagarsi, indisturbati, senza più interagire con la materia. Per questo, la CMB ci fornisce una "fotografia" dell'Universo al momento dell'ultima interazione con la materia. I neutrini e le onde gravitazionali interagiscono molto più raramente con la materia, per cui sono stati liberi di propagarsi indisturbati fin da prima dei fotoni.

Su wikipedia si trova una discussione dell'orizzonte cosmologico (in Italiano e, più estesamente, in Inglese).

Daniele Malesani Dark Cosmology Centre, Niels Bohr Institute, København Universitet, Danimarca
Keywords: cosmologia

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