Raffreddamento cosmico

L'Universo si espande e diventa sempre più freddo con il passare del tempo. Un secondo dopo il Big Bang, la temperatura media era di circa 10 miliardi di gradi, parecchio più alta di quella all'interno del Sole; oggi, è di 3 miseri gradi sopra lo zero assoluto (per l'esattezza, 2.725 gradi Kelvin). Quest'ultima cosa la sappiamo per misura diretta, perché captiamo il calore residuo del Big Bang sotto forma di radiazione di fondo nelle microonde. Che l'Universo fosse caldissimo nel passato, invece, lo sappiamo per evidenza indiretta, perché alcuni processi fisici che devono essere avvenuti nel cosmo primordiale (come la sintesi dei nuclei di elio, avvenuta nei primi tre minuti dopo il Big Bang) richiedono temperature altissime. Ma un empirista radicale potrebbe chiedersi se ci sia anche il modo di misurare direttamente la diminuzione della temperatura dell'Universo con il passare del tempo.

Un modo c'è, ed è stato applicato con successo, come descritto in questo articolo appena uscito su Astronomy & Astrophysics. L'idea si basa sul fatto che ogni molecola vibra in modi caratteristici che dipendono anche dalla temperatura. Analizzando gli spettri delle molecole presenti nello spazio, quindi, si può capire a quale temperatura si trovano. Come si sa, quando guardiamo lontano nello spazio guardiamo anche indietro nel tempo, perché la luce viaggia con una velocità grande ma finita, e quindi ci arriva con un certo ritardo. Sulle distanze cosmiche, il ritardo può diventare talmente grande da farci vedere come stavano le cose nell'Universo miliardi di anni fa. Possiamo quindi ricostruire la temperatura dell'Universo nel passato osservando molecole via via sempre più lontane da noi. Già negli anni quaranta, una misura di questo tipo effettuata sulle molecole di cianogeno nello spazio interstellare della nostra galassia avrebbe potuto portare alla scoperta dell'esistenza della radiazione di fondo a 3 gradi Kelvin, ma all'epoca il significato della misura non fu compreso. Adesso, invece, si sono osservati gli spettri di molecole di monossido di carbonio a una distanza di 11 miliardi di anni luce da noi, trovando una temperatura di circa 9 gradi Kelvin: 11 miliardi di anni fa, dunque, l'Universo era più caldo, esattamente come previsto dal modello del Big Bang.