Per i prossimi cinque giorni Ferrara sarà la capitale della cosmologia con il convegno internazionale “The microwave sky in temperature and polarization”, che fino al 5 dicembre riunirà a palazzo Costabili oltre duecento astrofisici e cosmologi da tutto il mondo per la presentazione in anteprima mondiale delle prime mappe del fondo cosmico in polarizzazione ottenute dal telescopio spaziale Planck. Il satellite dell’Agenzia Spaziale Europea, lanciato nello spazio nel 2009 e spento nel 2013, aveva come obiettivo quello di misurare con elevata accuratezza la radiazione cosmica di fondo a microonde (Cmb) per migliorare la nostra conoscenza sulle origini e l’evoluzione dell’universo. Il contributo italiano alla missione Planck è stato fondamentale sia nella elaborazione e costruzione degli strumenti del telescopio, sia nell’analisi dei risultati delle sue osservazioni, in particolare l’Università di Ferrara si è occupata dell’executive secretary Pi, analisi dati, parametri cosmologici, partecipazione e leadership di progetti scientifici.

A presentare questi risultati molto attesi da tutta la comunità scientifica – risultati ancora preliminari e non pubblicati ma che già lasciano intravedere una ricostruzione dell’età oscura dell’universo in grado di smussare alcuni fra gli attriti fino a ora irrisolti tra il punto di vista dell’astrofisica e quello della cosmologia – sono stati Enrico Flamini, chief scientist dell’Agenzia Spaziale Italiana, Monica Tosi, vicepresidente dell’istituto Nazionale di Astrofisica, Jan Tauber, Planck project scientist dell’Esa, Jean Loup Puget dell’institut d’Astrophysique Spatiale d’Orsay e Nazzareno Mandolesi, docente a Unife, cosmologo associato all’Inaf e responsabile di uno dei due strumenti collocati a bordo del telescopio spaziale. “È un momento felice per la cosmologia di precisione – annuncia Mandolesi – perché l’esperimento italo-francese Planck è stato uno dei più importanti mai realizzati e bisognerà attendere 20 anni per creare un altro satellite. Questo convegno è un’occasione preziosa di confronto con il resto della comunità scientifica mondiale sui risultati preliminari raccolti da Planck che ha funzionato per 4 anni in maniera perfetta”.“È un onore che questi risultati importanti vengano presentati in anteprima a Unife – commenta il direttore del dipartimento di Fisica Roberto Calabrese – perché è uno degli atenei più antichi d’Europa e in questo modo dimostra di saper coniugare le vecchie tradizioni a ricerche avanzate di frontiera”.

La mappa della polarizzazione di Planck. Le linee indicano la direzione di polarizzazione, la scala di colori fa riferimento alla sua ampiezza (l’intensità aumenta procedendo dal chiaro allo scuro)

“Le prime mappe della polarizzazione del fondo cosmico a microonde ottenute da Planck – entra nello specifico Mandolesi – confermano il modello standard dell’universo, ridimensionando le incongruenze fra modelli di derivazione astrofisica e modelli di derivazione cosmologica. Se l’obiettivo è la ricerca di valori compatibili tra cosmologia e astrofisica, la novità più sostanziale è l’accuratezza delle mappe con un difficile processo di pulizia dalla polvere e dal rumore della galassia”. La mappa di temperatura della prima luce dell’universo presentata nel 2013 e che fece il giro del mondo, quindi, presenta poche differenze con quella presentata stamattina; la novità è data appunto dalla mappa di polarizzazione che è 100 volte più debole di quella di temperatura. Planck riscrive così l’età oscura della cosmologia, corrispondente al periodo buio che precede l’accensione delle prime stelle, una lunga epoca che ha inizio circa 380 mila anni dopo il Big Bang e che termina con la cosiddetta epoca di reionizzazione, che si è soliti far coincidere con l’epoca di formazione delle prime stelle, sulla cui collocazione temporale le osservazioni astrofisiche non trovano corrispondenza nei risultati cosmologici ottenuti dal satellite Wmap della Nasa.

A detta degli esperti, però, il problema non è quando sono nate le prime stelle ma qual è la sorgente d’energia responsabile della reionizzazione. Il risultato di Wmap implica che questa transizione deve essere avvenuta in un’epoca remota, quando l’età dell’universo era meno di mezzo miliardo di anni, mentre i nuovi risultati di Planck indicano che la transizione può essere avvenuta parecchie centinaia di milioni di anni più tardi, e che può essere spiegata dall’emissione delle galassie. In questo nuovo scenario le informazioni della cosmologia si raccordano con quelle dell’astrofisica senza la necessità di sorgenti esotiche di energia. I nuovi dati di Planck hanno poi qualcosa da dire anche riguardo alla materia oscura e in particolare alla possibilità che le particelle di materia oscura possano annichilarsi tra loro; un processo predetto da molti modelli teorici ma che non sembra trovare riscontro nei dati in polarizzazione di Planck. L’ultimo fenomeno studiato è stato quello dei neutrini: il numero delle famiglie di queste particelle deboli viste da Planck è oggi ben compatibile con il valore del modello standard della fisica delle particelle, che è pari a tre.

“Grazie al debole segnale contenuto nelle mappe in polarizzazione di Planck – conclude Mandolesi – stiamo finalmente iniziando a ricomporre l’intero puzzle della storia dell’universo, dalle fluttuazioni primordiali alla fine dell’età oscura, senza più essere costretti a ricorrere a tasselli esotici, estranei al modello standard della cosmologia. I risultati presentati questa settimana a Ferrara verranno pubblicati entro la fine dell’anno ma questa avventura dura da più di 20 anni; un lavoro lungo ed estremamente complesso ma ben ripagato dai risultati che rappresentano una pietra miliare sull’origine dell’universo e che andranno sui libri di testo delle scuole”.