In questa mappa della radiazione di fondo cosmico le barre bianche indicano la direzione della polarizzazione della luce più antica nell’universo. Crediti: NASA/WMAP Science Team
La radiazione cosmica di fondo (CMB, Cosmic Microwave Background), il pallido bagliore che permea tutto l’universo, è costituito da fotoni sparpagliati all’alba dei tempi, 400.000 anni dopo il Big Bang. In un nuovo studio pubblicato recentemente su Physical Review Letters, Liang Dai, giovane assistente al dipartimento di fisica e astronomia della Johns Hopkins University, a Baltimora (USA), ha mostrato come la polarizzazione di questi fotoni venga ruotata durante il cammino dall’interazione con onde gravitazionali e flussi di materia cosmica. Tenendo in conto questi effetti di rotazione quando si osservano i fotoni della CMB, gli scienziati possono essere in grado di investigare parti dell’universo che rimarrebbero altrimenti sconosciute.
«La CMB può essere immaginata come un controluce cosmico,» ha spiegato Dai alla rivista Phys.org. «Prima di arrivare a noi, i fotoni della CMB hanno attraversato immensi spazi, subendo distorsioni da qualunque cosa si sia frapposta sul loro cammino. Studiare queste distorsioni, sia in temperatura che in polarizzazione, è di estremo valore per conoscere la distribuzione e l’evoluzione della “roba” che sta in mezzo, e quindi comprendere come sia fatto l’universo più recente.»
Questa “roba” che distorce i fotoni della CMB durante il loro viaggio include sia formazioni osservabili, come le strutture di materia a grande scala, sia elementi decisamente più sfuggenti, come onde gravitazionali primordiali o flussi vorticosi di materia (per esempio, il movimento circolare collettivo delle galassie).
I risultati teorici del lavoro di Dai, che ampliano lavori precedenti, mostrano come le onde gravitazionali e i flussi vorticosi distorcano le anisotropie in polarizzazione della CMB, fornendo la possibilità di calcolare correttamente l’effetto di rotazione della polarizzazione. In altre parole, osservando come la polarizzazione dei fotoni della CMB sia cambiata rispetto a un’ipotetica situazione iniziale sotto l’influsso di onde gravitazionali e flussi vorticosi, si possono ottenere informazioni indirette su questi ultimi fenomeni.
«Le onde gravitazionali ci sveleranno molte cose sul principio dell’universo, e i flussi vorticosi ci forniscono parecchie indicazioni sulla formazione delle strutture nell’universo,» ha concluso Dai.
Per saperne di più:
- Leggi il preprint dello studio “Rotation of the Cosmic Microwave Background Polarization from Weak Gravitational Lensing“ di Liang Dai