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La lunga eco del Big Bang
di X

Pubblico un articolo già apparso sull'ultimo numero di Delos, storica testata virtuale fondata da Silvio Sosio e diretta da Carmine Treanni. Lo spunto di questo pezzo nasce dall'assegnazione del premio Nobel 2006 per la fisica, che ha riportato alla ribalta gli studi sulla radiazione cosmica di fondo a microonde, una sorta di istantanea delle prime fasi di vita dell'universo. Dalla fantascienza alla scienza, vedremo come le note dell'Universo primordiale sono giunte fino a noi dall'abisso del tempo. Passando attraverso due premi Nobel e una rubrica di Analog... Buona lettura!

Vi siete mai chiesti quale fosse il suono che si accompagnò al più grande evento scenografico nella storia dell'universo, vale a dire la sua nascita? Se sì, allora troverete di sicuro interesse lo studio condotto da John Cramer dell'Università di Washington. Anche se non si tratta propriamente di una notizia, risalendo ormai a ben tre anni fa, il suo lavoro è tornato alla ribalta in questi giorni sulla scia dell'assegnazione dell'ultimo premio Nobel per la fisica. Proprio come John Mather e George Smoot, insigniti del prestigioso riconoscimento dall'Accademia di Stoccolma, anche gli studi di Cramer riguardano infatti i dati raccolti dal satellite Cobe (acronimo di Cosmic Background Explorer, in attività dal 1989 al ) e supportati da WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, in attività dal 2001 nel cosiddetto punto di Lagrange L2 dell'orbita Sole-Terra, a 1,5 milioni di chilometri dal nostro pianeta).

Gli studi in discussione si sono tutti concentrati sull'analisi della radiazione cosmica di fondo a microonde (CMBR o radiazione CMB, da Cosmic Microwave Background). Predetta nel 1948 da George Gamow, Ralph Alpher e Robert Herman, la sua scoperta nel 1964 valse dodici anni più tardi il Nobel ad Arno Penzias e Robert Woodrow Wilson, due tecnici dei Bell Telephone Laboraties. Il loro successo è passato alla storia come uno di quei casi del destino che a volte sono considerati colpi di fortuna e altre sono spiegati come frutti della serendipità. Sta di fatto che Penzias e Wilson avevano allestito nei suburbi del New Jersey una postazione radiometrica da usare in esperimenti di radioastronomia e comunicazione satellitare. Registrarono invece un'interferenza costante, concentrata intorno a un picco spettrale corrispondente a circa 3 gradi Kelvin. Il disturbo era isotropo, nel senso che non dipendeva dalla direzione verso cui l'antenna veniva puntata: sembrava pervadere l'intera volta celeste. Era la radiazione fossile del Big Bang, inseguita come una chimera da due generazioni di scienziati e scoperta praticamente per caso nel cielo del New Jersey.

Oggi, grazie all'affinamento delle tecniche di rilevazione, sappiamo che la radiazione CMB è caratteristica in realtà di una temperatura di 2,726 K e il suo picco si situa nella banda delle microonde, precisamente a una frequenza di 160.4 GHz, corrispondente a una lunghezza d'onda di 1.9 mm. Le misurazioni di Cobe, WMAP e altri satelliti hanno accertato che le anisotropie (scostamenti dal valore medio) nelle diverse direzioni sono minori di una parte su centomila. La radiazione di fondo è quindi praticamente uniforme in ogni punto del cosmo ma queste fluttuazioni sono indicative in molti modelli di formazione delle galassie, come nel caso dello studio di Mather e Smoot valso loro il Nobel di quest'anno: l'ipotesi più accreditata è che tutte le strutture che osserviamo oggi nell'universo derivano dall'accrescimento di queste fluttuazioni primordiali per effetto di fenomeni di instabilità gravitazionale. Dati recenti suggeriscono che le prime galassie si siano formate circa 600 milioni di anni dopo il Big Bang, un periodo appena sufficiente perché le minuscole perturbazioni originarie si evolvessero a produrre effetti apprezzabili.

La radiazione cosmica di fondo a microonde risale alle prime fasi dell'espansione dell'universo, quando la sua temperatura era di almeno 3000 gradi: da allora la radiazione si è progressivamente raffreddata man mano che l'espansione procedeva, fino a raggiungere gli attuali 270 gradi circa sotto zero. I dati di Cobe e WMAP hanno fornito immagini via via più nitide di quei momenti, e probabilmente risultati ancora migliori si otterranno grazie al prossimo Planck, futuro progetto dell'Agenzia Spaziale Europea la cui data di lancio è prevista per l'aprile 2007.

Ma torniamo a Cramer e alla musica delle sfere celesti. Gli appassionati ricorderanno di certo le ossessioni di Travis/Traven/Travers/Talbert/Talbot/Tallis, l'instabile protagonista dalle molte facce della Mostra delle Atrocità di James Graham Ballard, capolavoro del 1970 (rivisto nel 1990, titolo originale: The Atrocity Exhibition). Nei romanzi condensati che compongono l'opera, Traven inseguiva il miraggio della fantomatica musica in codice delle quasar che pioveva sulla Terra dal cielo o forse emergeva direttamente dalla sua mente, trasportando una molteplicità variegata di messaggi. Immanenze estemporanee o apofenia? Difficile risolvere l'enigma: di volta in volta l'eco delle stelle trasportava il protagonista in una deriva psichica attraverso territori mutanti, i cui elementi erano oggetti di un desiderio sessuale codificato in una forma matematica pura, oppure frammenti di una realtà esplosa ("guardò il cielo per tutta la notte, ascoltando la musica temporale delle quasar", "senza rispondere a Quinton, lui prese dalla tasca della sua tuta da volo un pezzo di quarzo e lo lasciò cadere a terra. Da esso emanava la muisca in codice delle quasar", "messaggi clandestini dal quartier generale della resistenza della Terza Guerra Mondiale"). Ma come suonavano queste quasar? Se lo saranno chiesti migliaia di lettori sparsi in tutto il mondo. Adesso, finalmente, abbiamo la risposta.

Cramer ha infatti elaborato al computer le frequenze delle onde che pervadevano l'universo qualche millennio dopo la sua nascita. Si è avvalso delle funzionalità di Mathematica, un software di analisi e progettazione di largo uso nell'ambiente scientifico, per produrre una simulazione della durata di 100 secondi dell'eco del Big Bang così come si poteva ascoltare 760.000 anni più tardi. "Ho considerato tutte le frequenze che permeavano il cosmo in un arco di tempo che andò dall'esplosione iniziale a 760.000 anni dopo l'evento" spiega Cramer, "quando l'Universo era un giovinetto che aveva un diametro di circa 18 milioni di anni luce (Va detto che l'apparente contraddizione tra la sua età e le dimensioni si spiegano perché le distanze sono cambiate nel tempo. Una caratteristica che fa sì che oggi l'universo pur avendo circa 13-14 miliardi di anni, abbia però un diametro di 156 miliardi di anni luce)".

Il "suono" che risulta dalla sovrapposizione delle radiazioni tuttavia non è udibile all'uomo perché al di sotto delle frequenze percettibili dall'orecchio. Per renderlo percepibile Cramer ha dovuto alzare la frequenza di un fattore 1026, pari a 100.000 miliardi di miliardi di volte. E curiosa, anche in questo caso, è stata la genesi della scoperta. Nel 2003 Cramer, che teneva una rubrica di cosmologia e astronomia su Analog (proprio lei, la storica rivista americana di science fiction), ricevette da una sua lettrice una lettera alquanto singolare: dovendo suo figlio occuparsi di un progetto per il corso di scienze, era interessata a sapere se il suono del Big Bang era registrato da qualche parte. "L'idea di sintetizzare il suono del Big Bang mi è rimasta in testa per diversi giorni. Poi ho deciso che dovevo assolutamente ascoltare com'era stato" ricorda ancora Cramer. "Così un sabato mattina, mentre avrei dovuto essere altrove a fare tutt'altro, mi sono seduto al computer e ho scritto un programma di 16 linee di codice per Mathematica, per produrre il suono e salvarlo in un file .wav. Ho scaricato lo spettro in frequenza misurato dal satellite WMAP dal sito della NASA e l'ho usato come input per il programma [...] Dopo aver prodotto il file, ne ho mandato una copia per e-mail alla mia lettrice. Più tardi mi ha riferito che il progetto di suo figlio aveva riscosso un grosso successo".

Così dalla curiosità di un undicenne abbiamo ottenuto uno dei risultati più suggestivi della recente ricerca cosmologica. Una curiosità in realtà utile per comprendere come si comportò la radiazione nell'universo alle sue prime fasi di vita, quando era ancora giovane e denso. Il lavoro di Cramer si tinge in questo modo di una valenza indiscutibile per la scienza. E, perché no, risulta doppiamente interessante per l'appassionato di fantascienza.

Questo articolo riprende informazioni apparse su Repubblica.it e su www.wolfram.com. La fonte per i dati astronomici è Wikipedia.

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