Cosmologia: come le tracce dell’universo primordiale aiutano a studiarne l’espansione

La cosmologia studia l’origine, l’evoluzione e la natura dell’universo. La NASA osserva che le scoperte del XX secolo hanno trasformato questa disciplina, anche se restano aspetti del cosmo da conoscere. Per ricostruirne la storia, i ricercatori mettono in relazione osservazioni di epoche diverse e studiano, tra le altre cose, l’espansione e la formazione delle strutture.

Uno dei segnali fondamentali è la radiazione cosmica di fondo a microonde (CMB, dall’inglese), che la NASA descrive come la luce più antica che possiamo osservare nell’universo. Un’altra possibilità consiste nel misurare come si aggregano le galassie a grandi distanze. Si tratta di registrazioni diverse: la CMB presenta variazioni di temperatura e la distribuzione delle galassie mostra la struttura cosmica su larga scala.

La traccia delle onde acustiche

Nell’universo primordiale, materia e luce formavano un plasma caldo e denso. Secondo il glossario della NASA, le regioni con una maggiore concentrazione di luce e materia avevano una pressione più elevata, che fece propagare verso l’esterno onde sonore e trascinò con sé la materia ordinaria, o barionica. Quando l’universo si raffreddò abbastanza da permettere alla luce di viaggiare liberamente, si formò la radiazione cosmica di fondo a microonde.

Il movimento della materia associato a queste onde produsse gusci sferici con un eccesso di densità. La NASA spiega che le oscillazioni acustiche barioniche (BAO, dall’inglese) si riflettono nelle variazioni di temperatura della CMB e che oggi lasciano una debole traccia nell’aggregazione delle galassie. Il glossario descrive questo segnale come un piccolo eccesso di coppie di galassie separate da circa 500 milioni di anni luce; la fonte non specifica qui la convenzione di distanza utilizzata.

La scala di queste caratteristiche funge da «righello standard». Misurandola nella distribuzione delle galassie, gli astronomi possono studiare il ritmo di espansione dell’universo e ottenere informazioni sull’energia oscura, secondo la NASA. In questo modo, una traccia dell’universo primordiale offre uno strumento per indagare l’evoluzione cosmica.

Materia barionica e composizione dell’universo

Il glossario della NASA usa l’espressione materia barionica per indicare, in astronomia, la materia ordinaria che forma, tra le altre cose, atomi, persone, pianeti, stelle e galassie. La fonte afferma che essa rappresenta il 4,9 % della massa-energia dell’universo. La percentuale e l’espressione «massa-energia» sono riportate qui nella formulazione del glossario.

Euclid: mappare le galassie su larga scala

L’ESA ha progettato Euclid per esplorare la composizione e l’evoluzione del cosiddetto universo oscuro studiando la struttura cosmica. La missione osserverà miliardi di galassie a distanze fino a 10.000 milioni di anni luce, in oltre un terzo del cielo, per creare una grande mappa tridimensionale dell’universo. L’ESA indica che Euclid è stata lanciata il 1º luglio 2023 e che la sua destinazione è il secondo punto di Lagrange del sistema Sole-Terra, a 1,5 milioni di chilometri dalla Terra.

Con questa mappa, Euclid studierà come si è espanso l’universo e come si sono formate le sue strutture nel corso della storia cosmica. L’ESA afferma che le osservazioni aiuteranno a indagare il ruolo della gravità e la natura della materia oscura e dell’energia oscura. Sono questioni che la missione affronterà attraverso le osservazioni delle galassie e della struttura su larga scala.

La radiazione cosmica di fondo a microonde e le mappe delle galassie forniscono registrazioni complementari. Le variazioni di temperatura della CMB conservano informazioni sull’universo primordiale; il segnale BAO nell’aggregazione galattica permette di utilizzare una scala nota per studiare l’espansione. Euclid amplierà le osservazioni di questa struttura nello spazio e nel corso della storia cosmica.