Misteriosa macchia fredda sullo sfondo cosmico: da dove viene?

La radiazione cosmica di fondo (CMB, dall’inglese Cosmic Microwave Background, definizione che ne specifica anche il tipo: microonde) permea tutto lo spazio e risale a un’epoca inimmaginabilmente lontana, cioè quando l’universo aveva appena 380000 anni.

Ai tempi esso era circa un milione di volte più piccolo e aveva una temperatura di oltre 9700 gradi, così che tutto il gas era presente sotto forma di plasma incandescente, dominato dalla carica negativa degli elettroni.

A mano a mano che l’universo si espandeva, diventava più freddo, finché iniziarono a formarsi i protoni e il plasma divenne quindi neutro, rilasciando nel processo ondate di luce rovente.

Col passare di miliardi di anni, anche tale luce si è raffreddata e “stiracchiata”, fino a temperature di circa -270 gradi, cioè prossime allo zero assoluto e nella banda delle microonde nello spettro elettromagnetico.

La radiazione cosmica di fondo è quasi perfettamente uniforme in tal senso, con minuscole differenze di temperatura (circa una parte per milione), che appaiono come macchioline di varia forma e dimensione.

E poi c’è invece la misteriosa macchia fredda (cold spot).

La macchia fredda in dettaglio

Se guardate l’immagine della CMB poco sopra, in cui l’intera sfera celeste è compressa in una forma più o meno ovale, la macchia fredda salta all’occhio anche senza bisogno degli ingrandimenti; nel cielo si trova presso la costellazione dell’Eridano.

Come avrete probabilmente intuito, ci sono due cose che la contraddistinguono:

1. È stranamente fredda, ossia circa 70 microkelvin più fredda della media della CMB, con un picco di 140 millikelvin nelle parti più profonde. Si tratta di variazioni piccole se rapportate ai gradi centigradi, ma le altre “macchie fredde” sono in media solo 18 microkelvin più fredde;
2. È stranamente grande, ovvero circa 5 gradi da parte a parte, il che corrisponde a 10 lune piene l’una di fianco all’altra; in confronto, altre macchie nella radiazione cosmica di fondo misurano in media meno di 1 grado.

Ora, in base alle nostre conoscenze in merito all’infanzia dell’universo, è verosimile che appaiano casualmente macchie più fredde e/o grandi della media, ma l’opinione prevalentemente sostiene anche che la macchia fredda sia troppo fuori scala per poter essere un semplice caso.

Come si spiega, allora? L’ipotesi più probabile è che c’entri un gigantesco vuoto cosmico situato tra noi e la CMB in quella direzione.

Vuoti cosmici ed effetto Sachs-Wolfe

I vuoti cosmici (o semplicemente vuoti) sono delle grosse chiazze di spazio che contengono pochissime o addirittura nessuna galassia e presentano, quindi, una bassissima densità di materia.

Ciò nonostante essi sono in grado di influenzare la radiazione cosmica di fondo, a causa della loro costante evoluzione in un universo in continua espansione (perlomeno su larga scala) come il nostro.

Immaginate la scena: quando la luce della CMB entra in un vuoto, essa guadagna un po’ di energia grazie al passaggio da un ambiente ad alta densità ad uno a bassa densità, come una pallina che da una collina rotola giù verso una valle.

In un universo perfettamente statico, l’energia guadagnata all’ingresso del vuoto cosmico verrebbe persa all’uscita, ma in un universo in espansione la luce si ritrova ad attraversare un vuoto più grande e profondo di quello in cui era inizialmente entrata.

La luce viene quindi stiracchiata e subisce uno spostamento gravitazionale verso il rosso (gravitational redshift) dello spettro elettromagnetico: si tratta del cosiddetto effetto Sachs-Wolfe integrato, che provoca una perdita netta di energia e quindi un raffreddamento.

Questioni ancora aperte

Tutto spiegato, quindi? Non proprio, purtroppo.

Il problema più grosso è che non siamo sicuri che esista davvero un vuoto cosmico in quella direzione: ad oggi le mappe che abbiamo a disposizione di quella porzione di cielo sono infatti parziali, nel senso che o non comprendono tutte le galassie o non coprono l’intero volume occupato dal presunto vuoto.

Inoltre, anche se ci fosse effettivamente un “supervuoto” da quelle parti, non è ben chiaro se possa dare un contributo tanto grande da generare la macchia fredda per come la conosciamo.

Tale incertezza ha lasciato spazio nel corso degli anni a varie speculazioni, tra cui quella suggestiva che la macchia sia in realtà ciò che resta del punto di intersezione tra il nostro e un altro universo vicino (ipotesi che comunque non riesce a spiegare tutte le stranezze della macchia fredda).

Insomma, come spesso capita in ambito scientifico, le teorie raramente sono perfette, ma ciò fornisce un’opportunità per perseverare nella ricerca e magari scoprire qualcosa che non si sapeva nemmeno di stare cercando.

(Originariamente pubblicato su Storie Semplici. Il titolo dell’autore potrebbe essere modificato dalla redazione)

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