La luce rimanente del giovane Universo ha una grossa lacuna difficile da colmare. Si tratta di una cold spot nella CMB (Cosmic Microwave Background), che risulta essere troppo grande e troppo fredda. Gli astronomi non sono sicuri di cosa sia, ma sono per lo più d’accordo sul fatto che valga la pena indagarla.
La misteriosa cold spot nel CBM
La CMB è stata generata quando il nostro Universo aveva solo 380.000 anni. A quel tempo, il nostro Cosmo era circa un milione di volte più piccolo di oggi e aveva una temperatura di oltre 10.000 Kelvin (17.500 gradi Fahrenheit o 9.700 gradi Celsius), il che significa che tutto il gas era plasma.
Man mano che l’Universo si espandeva, si raffreddava e il plasma diventava neutro. Nel processo, ha rilasciato un flusso di luce incandescente. Nel corso dei miliardi di anni successivi, quella luce si è raffreddata e si è allungata fino a una temperatura di circa 3 Kelvin (meno 454 F, o meno 270 C), collocando quella radiazione saldamente nella banda delle microonde dello spettro elettromagnetico.
La CMB è quasi perfettamente uniforme, ma ci sono piccole differenze di temperatura, fino a circa 1 parte per milione, e quelle imperfezioni, che sembrano chiazze di varie forme e dimensioni, sono la parte più interessante.
Non è possibile prevedere esattamente quali saranno le fluttuazioni, quali punti esatti saranno freddi e quali saranno caldi. Questo perché la luce che vediamo proviene da una parte dell’Universo che oramai non è osservabile.
L’importanza della cold spot
Questo significa che dobbiamo fare affidamento sulle statistiche per comprendere la CMB. Non possiamo dire quali macchie appariranno e dove, possiamo solo usare la fisica per comprendere la dimensione media della cold spot e quanto calda o fredda potrebbe essere, in media.
Quasi tutta la CMB è chiaro: comprendiamo da dove provengono le macchie e, nel corso dei decenni, abbiamo costruito telescopi e satelliti sempre più raffinati per ottenere una visione migliore. In effetti, il rilevamento e la misurazione della CMB rappresentano una delle più grandi storie di successo della scienza. E poi c’è la cold spot.
Ci sono molte cold spot nella CMB. Ma ce n’è una che risalta. Si distingue anche visivamente. Se si osserva una mappa della CMB, dove l’intera sfera del cielo è compressa in una forma strana, vagamente ovale, è in basso e leggermente a destra. Nel cielo è nella direzione della costellazione dell’Eridano.
La cold spot è stranamente fredda. A seconda di come si definisce il bordo della macchia, è circa 70 microkelvin più freddo della media, rispetto al punto freddo medio che è solo 18 microkelvin più freddo della media. Nelle sue parti più profonde, la temperatura è 140 millikelvin più fredda della media.
È anche grande: circa 5 gradi di diametro, che non sembra molto, ma sono circa 10 lune piene allineate fianco a fianco. Lo spot medio sulla CMB è inferiore a 1 grado. Quindi non è solo insolitamente fredda ma anche insolitamente grande.
È facile vedere la cold spot. Gli astronomi l’hanno avvistato per la prima volta con la sonda Wilkinson Microwave Anisotropy della NASA all’inizio degli anni 2000, e il satellite Planck dell’Agenzia spaziale europea ha confermato l’esistenza della cold spot. Quindi non si è trattato solo di un colpo di fortuna dello strumento, di un errore di misurazione o di qualche strana interferenza aliena: è una cosa reale.
Non è possibile dire con certezza quali macchie sulla CMB appariranno, esistono solo informazioni statistiche. Il consenso generale degli esperti è che non dovremmo ragionevolmente aspettarci che la cold spot sia così grande e così fredda solo per un caso casuale, che in base alla comprensione della fisica dell’Universo precedente, è semplicemente troppo fuori linea.
Periodicamente dovrebbero apparire cold spot e grandi in modo casuale, ma le nostre possibilità di vederne uno solo per pura casualità sono inferiori all’1% (e potrebbero essere molto inferiori, a seconda di chi chiedi). Quindi, anche se potremmo semplicemente dire che siamo stati sfortunati e abbiamo avuto uno di essi, è abbastanza raro da richiedere più attenzione.
Conclusioni
La spiegazione preferita per la strana natura della cold spot è che sia dovuta a un gigantesco vuoto cosmico che si trova tra noi e la CMB in quella direzione. I vuoti cosmici sono grandi macchie di quasi nulla. Ma nonostante questo nulla, influenzano la luce della CMB, e questo perché i vuoti si stanno evolvendo.
Quando la luce della CMB entra per la prima volta nel vuoto, guadagna un po’ di energia mentre passa da un ambiente ad alta densità a uno a bassa densità. In un Universo perfettamente statico, la luce perderebbe una quantità equivalente di energia quando uscisse dall’altra parte, ma poiché i vuoti stanno cambiando, quando la luce entra per la prima volta, il vuoto potrebbe essere relativamente piccolo e superficiale, e quando se ne va, il vuoto è grande e profondo.
Questo porta a una perdita complessiva di energia della luce CMB che attraversa il vuoto, un processo noto come effetto Sachs-Wolfe integrato.
Un vuoto importante potrebbe potenzialmente spiegare la cold spot, ma c’è un problema: non è sicuro che ci sia effettivamente un vuoto gigantesco in quella direzione. Abbiamo mappe e rilevamenti galattici in quella parte del cielo, ma sono tutti incomplete o non catturano ogni galassia, oppure non coprono l’intero volume del presunto vuoto.
Inoltre, anche se ci fosse un supervuoto in quella direzione, non è chiaro se darebbe un effetto abbastanza forte da creare la cold spot che vediamo. Questa ambiguità lascia spazio ad alcune proposte fuori dagli schemi, come l’idea che la cold spot sia un punto di intersezione residuo tra il nostro Universo e quello vicino, ma anche questa ipotesi non riesce a spiegare tutte le sue proprietà.
