Una nuova immagine della radiazione cosmica di fondo a microonde per una parte del cielo – l’area ingrandita è circa 20 volte la larghezza della luna vista dalla Terra. La nostra ultima e migliore mappa dell’universo primordiale è cinque volte più dettagliata di qualsiasi cosa avessimo avuto prima, ma sebbene supporti con precisione il modello principale dell’universo, è anche una lama a doppio taglio perché i nuovi dati non offrono indizi per risolvere alcuni dei più grandi misteri della cosmologia.
La mappa mostra la radiazione cosmica di fondo (CMB), una debole radiazione residua dalle prime fasi dell’universo. Iniziò come la luce più antica appena 380.000 anni dopo il Big Bang, ma miliardi di anni di espansione dell’universo ne hanno spostato la frequenza dallo spettro visibile alle microonde.
Ora, nuovi dati dal Telescopio Cosmologico di Atacama (ACT) ci hanno fornito un’immagine più chiara della CMB – sebbene solo dalla metà del cielo che può essere immaginata dalla posizione dell’osservatorio in Cile. Jo Dunkley dell’Università di Princeton, che ha lavorato al progetto, afferma che i dati hanno determinato con maggiore precisione gli ingredienti dell’universo, la sua dimensione, la sua età e il suo tasso di espansione. Ma la scoperta davvero chiave è stata che nulla ha contraddetto il modello principale attuale dell’universo, noto come lambda-CDM.
Dati precedenti avevano fissato l’età dell’universo a 13,8 miliardi di anni e il tasso di espansione – noto come costante di Hubble – a 67-68 chilometri al secondo per megaparsec di distanza dalla Terra. I dati dell’ACT confermano essenzialmente questo, ma aumentano la precisione e la fiducia in tali risultati.
La CMB è stata mappata per la prima volta dall’Esploratore del Fondo Cosmico (COBE) della NASA negli anni ’80 e ’90, poi dalla Sonda Anisotropica a Microonde Wilkinson (WMAP) della NASA negli anni 2000 e poi in dettaglio ancora maggiore dalla sonda Planck dell’Agenzia Spaziale Europea dal 2009 al 2013. Ogni missione ha fornito mappe della CMB sempre più dettagliate, avanzando la nostra conoscenza della cosmologia e la comprensione dell’universo primordiale.
Una limitazione dell’ACT è che è un telescopio basato a terra, a differenza di queste precedenti missioni spaziali, motivo per cui è limitato a solo una metà del cielo. Nonostante ciò, l’ACT offre non solo una migliore risoluzione e sensibilità rispetto a queste mappe precedenti, ma misura anche la polarizzazione della CMB, o l’orientamento in cui le onde luminose oscillano, rivelando alcune informazioni su come la luce della CMB è evoluta nel tempo.
“Osservando la polarizzazione della CMB in maggiore dettaglio avremmo potuto vedere qualcosa di diverso. Avremmo potuto vedere il modello cosmologico standard rompersi,” dice Dunkley. “Perché ogni volta che guardi l’universo in un modo diverso, non puoi essere sicuro che il tuo modello originale funzioni ancora. Eravamo abbastanza pronti a vedere qualcosa che si discostava da quel modello, qualche sottigliezza. Ma non l’abbiamo vista.”
Questo può essere rassicurante per coloro che lavorano sul lambda-CDM, ma non è stata una buona notizia per tutti gli scienziati. Colin Hill della Columbia University di New York afferma che sperava di vedere qualche evidenza nei dati di un fenomeno ancora inspiegato – forse un nuovo tipo di energia o particella – che potrebbe aiutare a spiegare la cosiddetta tensione di Hubble: la discrepanza tra il tasso di espansione dell’universo dato dal modello standard lambda-CDM e ciò che misuriamo direttamente.
“Siamo tutti rimasti sbalorditi da quanto [i dati dell’ACT] siano davvero coerenti con il modello standard. Stiamo tutti cercando di punzecchiare e sondare il modello da diversi aspetti e cercare un punto in cui si spezzerà, e dove la natura ci darà qualcosa su cui affondare i denti. E finora, la natura non ha ceduto quel punto,” dice Hill.
Afferma che le teorie più valide per la discrepanza della tensione di Hubble richiedono fenomeni che semplicemente non appaiono nei dati dell’ACT, che attualmente sono i migliori che abbiamo. Questo costringerà gli scienziati a tornare al tavolo da disegno per cercare un’altra spiegazione. “Le nuove misurazioni metteranno i teorici, incluso me stesso, in una camicia di forza ancora più stretta,” dice Hill. “Approfondisce il mistero.”
L’ACT ha raccolto i dati che compongono questa nuova mappa tra il 2017 e il 2022, ma ora è stato chiuso. Dunkley afferma che è improbabile che otterremo una mappa a risoluzione più alta per alcuni anni, sebbene un nuovo telescopio in Cile inizierà a lavorare più tardi quest’anno. Per quanto riguarda l’altra metà del cielo, solo due località sulla Terra sono probabilmente in grado di ospitare nuovi telescopi che darebbero risultati: la Groenlandia e il Tibet. Dunkley afferma che purtroppo la Groenlandia non ha ancora l’infrastruttura necessaria per un tale progetto, e il Tibet è politicamente sensibile.
Jens Chluba dell’Università di Manchester, Regno Unito, afferma che mentre gli scienziati del progetto hanno già lavorato con i dati, il rilascio aperto della mappa dell’ACT ora scatenerà un’ondata di attività.
“L’intera comunità cosmologica può mettere le mani sui dati e fare ogni tipo di analisi incrociata con i loro set di dati,” dice Chluba. “È super eccitante e sono abbastanza sicuro che ci sarà un’esplosione di pubblicazioni di follow-up dopo questo.”