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Paolo de Bernardis und Andrew Lange

Balzan Preis 2006 für Beobachtende Astronomie und Astrophysik

Für ihren Beitrag zur Kosmologie, im Besonderen mit dem Ballon-Experiment BOOMERanG in der Antarktis.

Le galassie si allontanano da noi con una velocità proporzionale alla loro distanza. Questo indica che l’Universo, in passato, era molto più piccolo e denso di oggi, suggerendo l’idea del Big Bang. Questa teoria ha ricevuto una importante conferma nel 1964, quando A. Penzias e R. Wilson scoprirono che l’Universo è inondato da un fondo uniforme di radiazione elettromagnetica, con lunghezze d’onda millimetriche: il cosiddetto “fondo cosmico a Microonde” (Cosmic Microwave Background, CMB). L’interpretazione più naturale è che si tratti del residuo di una fase primordiale, molto calda, dell’evoluzione dell’Universo.

Quando osserviamo regioni molto lontane dell’Universo guardiamo anche nel passato, perché la luce impiega molto tempo a raggiungerci. Il CMB viene originato dalle distanze più remote, e quindi alle epoche più primordiali, che possiamo osservare. Quando l’Universo aveva meno di 380.000 anni, era ancora così caldo che tutti gli atomi erano ionizzati, creando una nebbia opaca e impenetrabile alla luce. 380.000 anni dopo il Big Bang l’espansione raffreddò l’Universo abbastanza da permettere la combinazione di nuclei ed elettroni nei primi atomi. La nebbia si dissipò, e la radiazione iniziò a propagarsi liberamente attraverso l’Universo. La radiazione di fondo trasporta quindi l’immagine dettagliata dell’Universo Primordiale. A causa dell’espansione dell’Universo, la lunghezza d’onda della radiazione si è estesa, e la radiazione si è diluita: da abbagliante luce visibile è divenuta oggi un debole fondo di microonde. Questo fondo è estremamente uniforme: sull’intera volta celeste la sua intensità varia meno di 1 parte su 10.000. Eppure, sono proprio quelle piccole fluttuazioni all’origine delle strutture che poi diventeranno ammassi di galassie, galassie, stelle, pianeti. Uno dei progressi scientifici più spettacolari degli ultimi decenni è l’utilizzo della misura delle fluttuazioni del fondo a microonde per verificare con precisione la nostra comprensione dell’evoluzione, della geometria e della composizione dell’Universo.

Il telescopio a microonde BOOMERanG, sviluppato dai teams di Lange e de Bernardis, fu lanciato il 29 dicembre 1998 dalla McMurdo Station in Antartide, e portato da un pallone stratosferico a una quota di 38 km, dove la bassa pressione atmosferica e il basso contenuto di vapor d’acqua facilitano queste misure. L’esperimento prese dati ininterrottamente per 11 giorni, catturando la prima immagine dettagliata delle deboli fluttuazioni della CMB. Il team recuperò e migliorò lo strumento, lanciandolo nuovamente nel 2003, e misurando questa volta fluttuazioni ancora più deboli nella polarizzazione della CMB.

BOOMERanG ha risolto in modo inconfutabile uno dei problemi più critici e annosi della cosmologia, quello della geometria dello spazio, dimostrando che la curvatura dello spazio è molto bassa, e che la geometria è praticamente euclidea. In questo e in ogni altro dettaglio, i dati sono in accordo con la teoria inflazionaria, secondo la quale l’intero Universo osservabile esplose da un volume di dimensioni subatomiche, pochi attimi dopo il Big Bang, in una brevissima e violentissima espansione superluminale. Grazie ai dati di BOOMERanG, si è stabilito che l’Universo ha circa 13.5 miliardi di anni, e che solo il 4% della massa-energia presente è in forma di materia ordinaria. Il resto è in forme sconosciute di materia ed energia “oscure”, della cui natura sappiamo ancora ben poco.

Testi ufficiali del Comitato Generale Premi, Fondazione Internazionale Balzan – “Premio”

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