Un team internazionale di astronomi ha annunciato il rilevamento, per la prima volta da Terra, del segnale polarizzato della radiazione cosmica di fondo (CMB) prodotto durante l’epoca dell’alba cosmica (cosmic dawn), il periodo in cui si formarono le prime stelle dell’Universo.
L’osservazione è stata resa possibile grazie al Cosmology Large Angular Scale Surveyor (CLASS). CLASS è un insieme di telescopi operativi nel deserto cileno di Atacama e progettati per sondare i segnali più deboli provenienti dai primi miliardi di anni dopo il Big Bang.
Il segnale individuato è il risultato dell’interazione tra i fotoni residui del Big Bang e gli elettroni liberati dalla ionizzazione dell’idrogeno neutro, causata dalla luce ultravioletta emessa dalle prime stelle. Questo processo ha lasciato una traccia caratteristica nella polarizzazione della CMB, estremamente difficile da rilevare a causa della sua debolezza. Si tratta infatti di un segnale circa un milione di volte più tenue rispetto alla radiazione cosmica ordinaria.
L’impresa è particolarmente rilevante perché fino ad ora questo tipo di misurazioni era stato ottenuto esclusivamente da missioni spaziali, come Planck dell’ESA e WMAP della NASA. Le osservazioni da Terra soffrono infatti dell’interferenza dell’atmosfera e del rumore elettromagnetico generato da trasmissioni terrestri, rendendo complessa l’identificazione di segnali cosmici così deboli.
Un segnale cosmico estremo, catturato da Terra
La luce polarizzata osservata dal team è generata quando i fotoni del CMB si scontrano con elettroni liberi, modificando la loro direzione di oscillazione. Questo effetto di scattering è noto, ma difficile da misurare a causa della bassa intensità e della presenza di rumore di fondo. La strumentazione del CLASS è stata specificamente progettata per ridurre questi disturbi. Combina ottiche raffinate, tecnologie criogeniche e un sito osservativo ad alta quota e bassa umidità.
Utilizzando più bande di osservazione tra i 38 e i 217 GHz, il progetto CLASS ha prodotto mappe del cielo che coprono il 75% della volta celeste, con una sensibilità tale da superare in alcuni aspetti le prestazioni dei satelliti precedenti. La combinazione dei dati CLASS da Terra con quelli di Planck e WMAP dallo spazio ha permesso di isolare con precisione il segnale comune della polarizzazione cosmica.
Il paragone usato dai ricercatori è efficace: la luce polarizzata cosmica è simile al bagliore riflesso sulla carrozzeria di un’auto. Il compito degli scienziati è stato quello di “indossare” occhiali polarizzati per distinguere il riflesso dall’immagine reale. Questo ha portato a una misura più pulita e diretta del momento in cui l’Universo è diventato trasparente alla luce.
Un nuovo strumento per indagare la materia oscura e i neutrini
Queste osservazioni rafforzano il ruolo delle misure della CMB come laboratorio cosmologico. Migliorare la precisione nella misura della polarizzazione della radiazione di fondo consente infatti di restringere i modelli teorici legati a componenti elusive dell’Universo, come la materia oscura e i neutrini. Questi ultimi, sebbene abbondanti, sono estremamente difficili da osservare direttamente, ma influenzano il comportamento della CMB in modo misurabile.
Charles Bennett, uno dei leader del progetto e già responsabile della missione WMAP, ha sottolineato come ogni miglioramento in queste misure possa tradursi in una comprensione più profonda della fisica fondamentale. Le prossime fasi del progetto CLASS includeranno l’analisi di dati ancora più dettagliati, con l’obiettivo di raggiungere il massimo grado di precisione consentito dalla tecnologia attuale.
Il successo del progetto dimostra anche che osservare la prima luce cosmica non è più esclusivo dominio dello spazio. I telescopi terrestri, con le giuste condizioni e strumentazioni, possono oggi contribuire significativamente alla cosmologia osservativa, affiancando e talvolta superando i risultati ottenuti dalle missioni spaziali.
I risultati sono stati pubblicati in uno studio su The Astrophysical Journal, reperibile qui.
