Gli ultimi studi effettuati sulla mappa della temperatura prodotta dal satellite Planck dell’ESA non hanno fornito nuovi indizi sull’origine delle misteriose strutture cosmiche. I risultati, pubblicati su Astronomy & Astrophysics, si basano sui dati pubblicati nel 2018 e riguardano l’analisi della polarizzazione della radiazione fossile, la luce più antica che siamo in grado di osservare emersa appena 380 mila anni dopo il Big Bang.

Mappa della polarizzazione della radiazione cosmica di fondo relativa ai dati finali pubblicati il 17 luglio 2018. Crediti: ESA/Planck Collaboration

I dati iniziali ottenuti da Planck, resi pubblici nel 2013, si riferiscono alla temperatura della radiazione fossile. Ciò ha permesso agli scienziati di investigare più in dettaglio e con misure più accurate l'origine e l'evoluzione del cosmo. Ma se, da un lato, è stato confermato il quadro classicorelativo all'evoluzione dell’universo, dall'altro la prima mappa ha rivelato alcune anomalie difficili da spiegare nell'ambito del modello cosmologico standard.

Quando si parla di anomalie ci si riferisce a delle strutture che appaiono su grandi scale angolari (intorno a 5 gradi). Non sono artefatti prodotti dal satellite o dal processo di analisi dei dati e sono talmente deboli che potrebbero essere considerate fluttuazioni statistiche, estremamente rare ma non tali da essere completamente scartate dal modello standard.

C'e, però, un'altra ipotesi, più suggestiva, secondo cui le anomalie sarebberoinvece l'indizio di una "nuova fisica", un termine che gli esperti utilizzano per identificare quei processi naturali non conosciuti estensioni delle ben note leggi della fisica.

Dunque, per capirne di più sulla natura delle anomalie, il team ha analizzato la polarizzazione della radiazione cosmica di fondo, una volta sottratte tutte le componenti di contaminazione dovute alle sorgenti di radiazione a microonde, al gas e alle polveri della Via Lattea.

Il segnale così ottenuto rappresenta, al momento, la miglior misura dei cosiddetti “modi-E” relativi alla polarizzazione della radiazione cosmica ed è il risultatodel modo in cui la luce venne diffusa dagli elettroni prima di aggregarsi per formare gli atomi di idrogeno, mentre la radiazione cosmica fu libera di propagarsi nello spazio. 

Poiché la polarizzazione fornisce una visione quasi indipendente dalla radiazione cosmica di fondo, la presenza di anomalie anche nella mappa della temperatura potrebbe implicare un’origine dovuta a una nuova fisica piuttosto che a effetti causati da fluttuazioni statistiche.

Nonostante il satellite Planck sia stato concepito per altri scopi, le sue osservazioni hanno permesso di creare la mappa più accurata della polarizzazione della radiazione cosmica di fondo. I risultati, basati sui dati pubblicati nel 2018, hanno decisamente migliorato la qualità della prima mappa della polarizzazione ottenuta nel 2015.

Quando gli scienziati hanno analizzato i dati, non sono stati rivelati particolari segnali di anomalie. Tuttavia, sono emersidegli indizi, seppur di minima entità, che suggeriscono la loro presenza. "Le misure della polarizzazione fornite da Planck sono fantastiche", ha dichiarato Jan Trainer, project scientist di Planck. "Nonostante la grande mole di dati a disposizione, non abbiamo trovato tracce significative di anomalie".

Ciò vorrebbe dire che le anomalie sono sostanzialmente fluttuazioni statistiche ma non si esclude l'ipotesi di una nuova fisica dato che la natura potrebbe essere più sorprendente di quanto ci immaginiamo.

Inoltre, non esiste un'ipotesi convincente che spieghi quale nuova fisica potrebbe causare le anomalie. Dunque, il fenomeno responsabile della loro presenza potrebbe solo influire sulla temperatura della radiazione cosmica di fondo ma non sulla polarizzazione. Da questo punto di vista, la recente analisi esclude la presenza di una nuova fisica e allo stesso tempo pone vincoli più stringenti.

L'anomalia più importante che appare nella mappa della temperatura della radiazione cosmica di fondo riguarda la mancanza di segnale su scale angolari più grandi, cioè intorno a 5 gradi (per confronto la Luna piena sottende mezzo grado). Su queste scale angolari, le misure di Planck sono circa il 10 percento più deboli rispetto a quanto predice il modello standard della cosmologia. 

Le misure di Planck hanno poi confermato, con un elevato grado di confidenza, la presenza di altre anomalie emerse in precedenti osservazioni della temperatura della radiazione cosmica di fondo, come la significativa discrepanza del segnale osservata negli emisferi celesti opposti e la cosiddetta "cold-spot", una grande regione di cielo a bassa temperatura.

"All'epoca della prima pubblicazione dei dati, affermammo che Planck avrebbe testato le anomalie utilizzando la polarizzazione", dice Krzysztof M. Górski del Jet Propulsion Laboratory al Caltech, USA, e co-autore dello studio. "Il primo insieme di dati relativi alla polarizzazione, che sono abbastanza puliti per tale scopo, risale al 2018 e ora abbiamo i risultati".

Sfortunatamente, i nuovi dati non permettono di prolungare ulteriormente il dibattito, dato che gli ultimi risultati non confermano né smentiscono la natura delle anomalie.

"Nella mappa della polarizzazione si potrebbe celare una forte asimmetria simile a quella che si osserva nella temperatura, anche se rimane statisticamente poco convincente", aggiunge Enrique Martínez González dell'Instituto de Física de Cantabria in Santander, Spagna, e co-autore dello studio.

Anche se gli astronomi effettueranno analisi più approfondite sui dati di Planck, è improbabile che si avranno risultati ancor più significativi su questo tema. Il passo successivo sarà quello di progettare, forse tra qualche decennio, una missione dedicata esclusivamente per lo studio della polarizzazione della radiazione cosmica di fondo.

"Quello che rimane certo è che Planck ci ha fornito ad oggi le migliori misure della radiazione cosmica di fondo e lo saranno ancora per diversi anni", dice Anthony Banday dell'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie a Toulouse, Francia, e co-autore dello studio.

Intanto, il problema delle anomalie della radiazione cosmica di fondo continua.