Cari amici,

Ieri ho avuto l'enorme piacere di passare una giornata con il simpaticissimo Albertone, la sua  meravigliosa signora e un paio di loro amici. Sono riuscito a distendermi e riprendere un po' di vitalità. Non so quanto durerà, ma, comunque, ne ho approfittato per scrivere qualcosa di veramente semplice che faccia il punto sulle conoscenze attuali dei misteri del Cosmo. Se ho scritto inesattezze ditemelo pure e cercherò di correggermi...

Usiamo il tempo come parametro fondamentale per la descrizione, ovviamente molto lacunosa, sommaria e personale, delle tappe raggiunte negli ultimi anni.

1.  Cosmologia.

E' sicuramente l'argomento più complesso e nel contempo fondamentale per poter descrivere la storia del passato e del futuro del Cosmo. In poche parole: quanto siamo vicini al Big Bang? Mi aiuterò con il semplice schema di Fig. 1, dove i cerchi rappresentano l'Universo in funzione del tempo.

Da un punto di vista osservativo, le tecniche odierne sono ancora ferme alla radiazione cosmica di fondo (circonferenza arancione). Essa rimane  il primo segnale luminoso che l'Universo giovanissimo ci ha permesso di analizzare. Sappiamo che siamo di fronte a una visione legata alla temperatura, la quale però, con le sue piccole ma significative variazioni, ci indica già la distribuzione della materia che culminerà nella formazione di stelle e galassie.

Prima di questa radiazione la luce non è riuscita ad uscire "allo scoperto" e il cerchio nero al centro della figura ci dice che non abbiamo nessuna speranza di affidarci alla radiazione elettromagnetica. Eppure, nel giro di un tempo brevissimo (poche centinaia di migliaia di anni o addirittura microscopiche frazione del secondo), si è passati dalla pura energia iniziale a un Universo in cui la materia prendeva il sopravvento.

In particolare, nessuna vera prova di quel fenomeno fondamentale che è l'inflazione, ossia il rapidissimo "gonfiarsi" dell'Universo, più che necessario per legare la nascita del tutto alla prima visione diretta, ossia alla radiazione di fondo nelle microonde. In quel breve periodo sono successe molte altre cose, a volte accettate ma non dimostrate, come ad esempio la differenza quantitativa tra materia e antimateria. Perché predomina la prima?

Sono state fatte svariate ipotesi, più o meno accettabili, ma il mistero rimane. In fondo è abbastanza facile capire quanto sia importante questa fondamentale anisotropia. Essa fa parte dell'enorme ed eterno gioco tra elettroni e fotoni. Essi si creano e si annichiliscono: se le "truppe" in campo fossero state uguali, l'Universo sarebbe potuto rimanere pura energia. E invece ha vinto la materia e si è potuto creare un essere senziente che sta cercando disperatamente di sapere come è nato.

Cosa ci può riservare il prossimo futuro? Abbiamo qualche speranza di vedere ciò che non possiamo vedere? Ebbene sì, basta riuscire a leggere un'informazione che sia diversa da quella elettromagnetica. Questo è  il vero salto qualitativo nella programmazione della tecnologia futura. Sicuramente, un ruolo fondamentale l'ha giocato la rilevazione delle onde gravitazionali, ossia la capacità di "sentire" le vibrazioni dello spaziotempo a seguito di un accelerazione delle masse. Oggi siamo ancora limitati a episodi singoli, avvenuti in passato ben più vicino a noi: fusione di stelle di neutroni e/o buchi neri. Ci aspettiamo, comunque, con il miglioramento già in atto delle tecniche osservative, di poter leggere un nuovo "rumore di fondo", quello delle onde gravitazionali primigenie, ossia di quelle che sicuramente si dovevano creare all'interno di un Universo veramente bambino, in cui la densità della crescente materia doveva portare ad accelerazioni veramente incredibili.

Bene, questo rumore di fondo non è assolutamente legato alla luce e, quindi, poteva disperdersi nell'Universo che si stava espandendo ben prima della prima luce del rumore di fondo elettromagnetico. Rilevare e, in seguito, analizzare il rumore delle onde gravitazionali vorrebbe dire entrare dentro il cerchio nero della Fig. 1, spostarci decisamente al suo interno verso il Big Bang. Questa è la vera sfida fisica e tecnologica che cambierà sicuramente le nostre conoscenze e -forse- potrà confermare o distruggere le teorie odierne sulle prime fasi dell'Universo.

Le onde gravitazionali non sono le sole, però, che sarebbero potute partire ben prima del rumore cosmico di fondo e giungere fino a noi. Vi è un'altra particella (o chiamatela come volete) che ha potuto viaggiare verso il futuro in questa prima e misteriosa fase creativa: il neutrino. Particella molto elusiva, capace di non risentire di ostacoli materiali, ci colpisce continuamente senza che ce  ne si possa accorgere. Non è facile individuarla, ma sicuramente è composta da una popolazione infinitamente grande. Qualsiasi reazione è capace di produrla e, quindi, a maggior ragione deve essersi formata già nei primi secondi e minuti dell'Universo.

La sida è quella di riuscire a individuare questi messaggeri primordiali, di riuscire a leggerli e comprendere attraverso di loro i fenomeni avvenuti nelle fasi più caotiche e primordiali del Cosmo.

Questi due nuovi tipi di informazione sono gli unici che potranno schiarire quel cerchio nero che ci vieta di conoscere veramente come siamo nati.

Torniamo al nostro rumore cosmico di fondo che separa il cerchio nero da quello grigio scuro. In realtà, i cerchi grigi sono tre e coprono un periodo di circa un miliardo di anni. La  separazione tra di essi è molto arbitraria e io ne ho scelta una molto personale che, però, ci aiuta a diversificare ciò che si spera di ottenere nel prossimo futuro. Il primo cerchio, ancora molto scuro, è relativo a un Universo in cui la "pace" regna sovrana: gli elettroni si sono finalmente accasati attorno ai nuclei centrali dell'idrogeno e permettono teoricamente di lasciar passare la luce. Purtroppo, però, non vi è nessuno che crea la luce.

Dovrebbero essere proprio loro, gli elettroni, a giocare e a creare fotoni, ma si sono terribilmente "impigriti" dopo l'attività frenetica anteriore alla radiazione di fondo.  La materia presente nell'Universo è tantissima ed è soprattutto formata da idrogeno neutro, ma essa non emette alcuna radiazione. Se pensiamo che le dimensioni del Cosmo sono ancora estremamente piccole, possiamo facilmente immaginare quanto sia densa la materia che lo compone. Eh sì, proprio una specie di nebbia fittissima. Cosa sta accadendo in questa fase di evoluzione? Difficile, veramente difficile, riuscire a informarsi a riguardo... non c'è luce e forse nemmeno la possibilità di creare onde gravitazionali o eserciti di neutrini.  E' necessario avere a disposizione una nuova radiazione di fondo, quella dell'idrogeno neutro.

Sembrerebbe un controsenso, dato che l'idrogeno neutro significa proprio nessuna radiazione. L'Universo, però, viene in nostro soccorso attraverso l'emissione della riga a 21 cm (ne abbiamo parlato QUI e QUI). In poche parole, anche l'idrogeno neutro riesce a mandare un'informazione, ma quanto è difficile individuarla e poterla interpretare!

Sarebbe bello poter tornare "fisicamente" indietro nel tempo, in un'epoca in cui questa radiazione era l'unica che permeava il Cosmo. Ma i viaggi nel tempo sono, almeno per il momento, impossibili. Ci dobbiamo, perciò, accontentare di quel poco che si riesce a leggere, disturbato dalle radiazioni che ci colpiscono oggi, nate nei miliardi di anni di vita dell'Universo. Potremmo dire: "Beh, basta guardare nella giusta lunghezza d'onda, ossia quella sotto cui si dovrebbe presentare, oggi, l'emissione a 21 cm. Facile a dirsi, ma non a farsi, dato che essa cade della fascia delle lunghezze d'onda radio e i disturbi posteriori sono terribili e fastidiosi. Decisamente più fastidiosi di quanto non lo siano stati per la radiazione cosmica di fondo relativa alla prima luce. Non è facile cercare un ago in un pagliaio e le tecnologie non sono ancora pronte per un passo decisivo. Comunque, si conosce il problema e questo è già un primo passo verso la soluzione.

Passiamo al secondo cerchio grigio, con un raggio di circa 200 milioni di anni.

Qualcosa è avvenuto in quella nebbia fittissima. La gravità ha aiutato le masse di idrogeno a concentrarsi sempre di più, riuscendo a vincere, localmente, sull'espansione. Pressione e temperatura aumentano, dando agli elettroni una nuova scossa: "Muovetevi, uscite dal vostro guscio di torpore!". Elettroni che scappano vuol dire creazione di fotoni e nuovamente LUCE. Una luce che, però, è comunque frenata dall'immensa coltre di nubi che circonda la loro sorgente. E' il periodo in cui si formano le prima enormi stelle (materiale a disposizione ce ne era tanto..) all'interno di strutture ben più grandi, le galassie.

Sta nascendo l'Universo che conosciamo oggi, ma che fatica riuscire a scorgere le prime luci in quella nebbia spessissima. Si devono cambiare gli occhiali e usare quelli che riescono a vedere meglio nell'infrarosso. Ed ecco, quindi, la necessità impellente di avere un telescopio come Webb. Lui si può permettere di andare oltre il cerchio grigio chiaro più esterno e scrutare attentamente in quello compreso tra 200 e 400 milioni di anni dopo il Big Bang. E' questa l'epoca in cui nascono le prime creature massicce del Cosmo. Tutto bene, quindi? Purtroppo no, dato che i primi dati ci mostrano che i fenomeni attesi sono avvenuti in un tempo decisamente più breve del previsto. In poche parole, non si vedono le prime stelle e gli embrioni di galassie, ma stelle già "morte", galassie già ben formate e buchi neri super massicci. Troppo in fretta, ragazzi... troppo in fretta. Non ci resta che fare il tifo per Webb e sperare di capire bene ciò che non torna rispetto ai modelli fatti a tavolino...

alla prossima...