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Paolo de Bernardis e Andrew Lange

Premio Balzan 2006 per l'astronomia e l'astrofisica osservative

Per i loro contributi alla cosmologia, specialmente con l’esperimento BOOMERanG su pallone stratosferico antartico.

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”