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Planck fa il primo salto nel tempo

Il satellite dell'ESA ha prodotto la "scansione" iniziale dell'Universo primordiale

Planck, la missione dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) per lo studio dell’Universo primordiale, in orbita nel secondo punto lagrangiano, a un milione e mezzo di chilometri dalla Terra, ha iniziato a osservare regolarmente il cielo il 13 agosto scorso. Nelle settimane precedenti, gli strumenti della «macchina del tempo» dell’ESA erano stati messi a punto per raggiungere prestazioni ottimali. I rivelatori stanno mostrando caratteristiche eccellenti, pienamente all’altezza delle attese create dalle prove a terra. La loro stabilità nel lungo periodo, in vista dell’inizio delle operazioni previste dal programma scientifico, è stata verificata con un test osservativo.

 

L’osservatorio a microonde Planck dell’ESA è la prima missione europea progettata per studiare il fondo cosmico a microonde — la radiazione fossile prodotta dal Big Bang. Ruotando attorno al proprio asse, il satellite genera nel tempo mappe dell’intero cielo alla lunghezza d’onda delle microonde. Nel fare ciò, Planck misura le impercettibili fluttuazioni di temperatura nel fondo cosmico a microonde (CMB), la prima luce dell’Universo. Per almeno 15 mesi, i due potenti strumenti a bordo di Planck raccoglieranno ininterrottamente dati fondamentali per le teorie che descrivono la nascita e l’evoluzione dell’Universo.

 

«LFI, il low frequency instrument, si sta comportando in modo magnifico», commenta Reno Mandolesi, dell’INAF-IASF Bologna, a proposito dello strumento a bassa frequenza, del quale è responsabile. «Realizzato, per la parte italiana, principalmente dal gruppo di Bologna, insieme a quelli di Milano, Trieste, Roma e Padova, LFI sta producendo mappe che, già prese così come ci arrivano a Terra, senza alcuna correzione, sono scientificamente congruenti con i risultati raccolti dal satellite WMAP della NASA».

 

Nell'immagine a destra, si puà osservare la mappa del cielo nelle lunghezze d’onda della luce visibile. La fascia orizzontale rappresenta la nostra galassia, la Via Lattea, vista dal Sistema Solare. La striscia in falsi colori che vi è sovrapposta, invece, mostra l’area di cielo mappata da Planck durante la "first light survey". I colori rappresentano lo scostamento della temperatura del fondo cosmico a microonde rispetto al suo valore medio, così com’è misurato da Planck a una frequenza vicina al picco dello spettro della CMB: le zone più rosse sono quelle più calde, le zone più blu quelle più fredde. L’ampia striscia rossa centrale è dovuta all’emissione in banda radio dlla Via Lattea, mentre le macchie che brillano al di fuori del piano galattico sono dovute all’emissione del fondo cosmico a microonde. Nei due quadrati, le regioni di cielo rappresentate in dettaglio nelle immagini che seguono.

Subito dopo il lancio, avvenuto il 14 maggio scorso, hanno avuto inizio le operazioni di controllo di tutti i sottosistemi del satellite e, in parallelo, il raffreddamento dei sensori dei suoi strumenti: sensori sensibili a variazioni nella temperatura della CMB di appena un milionesimo di grado. Volendo fare un paragone, si tratta di strumenti in grado di misurare da Terra la temperatura corporea di un coniglio seduto sulla Luna. Per arrivare a una tale sensibilità, i sensori di Planck devono essere raffreddati a temperature estremamente basse, in alcuni casi vicinissime allo zero assoluto (-273.15 gradi centigradi, o zero gradi Kelvin). Terminato il test dei sottosistemi, le fasi di commissioning, ottimizzazione e calibrazione sono state completate nella seconda settimana di agosto.

 

La first light survey, o «prima luce», iniziata il 13 agosto, è un periodo di due settimane durante il quale Planck ha osservato il cielo senza sosta, al fine di verificare la stabilità degli strumenti e la capacità di calibrarli con la precisione richiesta. La «prima luce» è stata completata il 27 agosto, e ha prodotto nove mappe di «strisce» di cielo, una per ciascuna delle nove frequenze di Planck. Ogni mappa rappresenta un anello di circa 15 gradi d’ampiezza che si estende lungo l’intero arco del cielo. Le analisi preliminari mostrano che si tratta di dati di qualità eccellente.

 

Nella foto a sinistra, si vede il mosaico delle prime nove mappe di Planck. Rappresentano in dettaglio una piccola porzione della first light survey, nella quale si può apprezzare la forte emissione della Via Lattea. I nove riquadri mostrano una zona di cielo di 20x20 gradi vista in ognuna delle nove frequenze di Planck: da quella più bassa (30 GHz, in alto a sinistra) a quella più elevata (857 GHz, in basso a destra). Il leggero scostamento di ogni striscia rispetto alle altre è dovuto alla disposizione dei rivelatori sul piano focale. Alle frequenze più basse, l’emissione di onde

 

"Sin dalla prima survey Planck si prospetta una missione molto interessante” commenta Maria Cristina Falvella, responsabile di programma di Planck per l’Agenzia Spaziale Italiana. “Le misure che sta facendo sono al limite della sensibilità astrofisica e già costituiscono una pietra miliare nelle osservazioni cosmologiche. Le  prime immagini dell'Universo visto attraverso lo strumento LFI sono una dimostrazione del successo della missione, della proficua attività dell’Agenzia, e soprattutto dell' impegno  e delle capacità delle comunità scientifica ed industriale nazionali. Molto importante anche il contributo italiano allo strumento di più alta frequenza (HFI) per il quale i ricercatori del Dipartimento di Fisica dell'Università La Sapienza, guidati da Paolo de Bernardis e Silvia Masi, hanno sviluppato i preamplificatori criogenici per tutti i rivelatori, mettendo a frutto l'esperienza pluridecennale acquisita con i voli di pallone stratosferico, ed in particolare con gli esperimenti finanziati da ASI ARGO, Archeops e BOOMERanG.”

 

Terminata la first light survey, si è dato immediatamente il via alle osservazioni scientifiche vere e proprie, che continueranno per almeno 15 mesi senza alcuna interruzione. La prima mappa dell’intero cielo sarà disponibile fra circe 6 mesi. Nei 15 mesi di vita che lo attendono, Planck sarà in grado di raccogliere dati per due mappe complete del cielo. Per sfruttare al meglio l’elevata sensibilità di Planck, però, i dati dovranno essere sottoposti a un’analisi complessa e scrupolosa: occorreranno circa due anni per trattarli adeguatamente ed estrarne i risultati scientifici principali. Verso la fine del 2012, i dati finali verranno messi a disposizione della comunità scientifica internazionale. E tutto lascia pensare che si riveleranno una miniera di tesori preziosi, in grado di tenere impegnati cosmologi e astrofisici per decenni a venire.

Nell'immagine a destra: ingrandimento di una regione di cielo di 10x10 gradi, sempre dalla first light survey, nella quale l’emissione della Via Lattea non predomina sugli altri segnali: qui emerge con chiarezza la caratteristica del cielo di maggior interesse per Planck, ovvero il fondo cosmico a microonde. Nei riquadri di sinistra e di destra si vedono, rispettivamente, le osservazioni effettuate da LFI a 70 GHz e quelle di uno dei rivelatori a 100 GHz di HFI. In entrambe queste frequenze, la CMB è l’emissione dominante, e infatti entrambe le mappe mostrano tratti estremamente simili. Le leggere differenze fra le due sono quelle che gli scienziati si attendevano, e sono dovute in parte al processo di calibrazione, non ancora completamente terminato, e in parte a una debole emissione galattica residua. Il fatto che due rivelatori completamente indipendenti, basati su due diverse tecnologie, siano in grado, in così poco tempo, di produrre mappe incredibilmente simili rappresenta una conferma notevole della capacità che ha Planck di rilevare e mappare le impercettibili strutture della CMB così come ci arrivano dall’Universo primordiale.