6. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Un corpo nero “perfetto”
Radiazione e materia nel
plasma primordiale sono in
equilibrio termico
L'espansione causa un redshift
nelle lunghezze d'onda ma
mantiene la forma inalterata
Questo implica che il fondo
cosmico oggi ha uno spettro di
corpo nero ad una temperatura
1000 volte inferiore a quella
dell'universo al tempo del
disaccoppiamento
7. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Un corpo nero “perfetto”
Ad oggi non sono state rilevate
variazioni significative dello
spettro da un corpo nero su
oltre 5 ordini di grandezza in
frequenza
8. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
“Semi” nell'universo COBE
DMR
La distribuzione angolare del fondo cosmico è
correlata alla distribuzione di densità alla
superficie di ultimo scattering
9. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
“Semi” nell'universo WMAP
10. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Armoniche sfericheArmoniche sferiche
11. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Analisi di FourierAnalisi di Fourier
12. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Armoniche sfericheArmoniche sferiche
13. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Spettro di potenza
£104
0
1
2
3
4
1 10 100 1000 10000
`
Lo spettro di potenza dà una descrizione statistica della
distribuzione angolare delle anisotropie
14. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Spettro di potenza
4
1 10 100 1000 10000
`
Alle grandi scale angolari (> 1°)
le anisotropie della CMB danno
informazioni sulle perturbazioni
scalari nel potenziale
gravitazionale prima
dell'inflazione
£104
15. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Spettro di potenza
3
1 10 100 1000 10000
`
0
1
4
3
2
£104
Le scale angolari medie
(1° < δθ < 5') sono
legate a perturbazioni
causate da oscillazioni
acustiche nel plasma in
espansione prima del
disaccoppiamento
16. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Spettro di potenza
0
1
2
3
4
1 10 100 1000 10000
`
£104
Al di sotto di 5' le anisotropie
sono cancellate dalla
diffusione dei fotoni durante la
ricombinazione.
17. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Planck, il grande fotografo
Missione spaziale ESA,
combinazione senza
precedenti di sensibilità,
risoluzione angolare,
copertura in frequenza e
controllo di errori sistematici
Lancio: 14 maggio 2009 da
Kourou (Guyana Francese)
con il satellite Herschel
Orbita: attorno al punto
Lagrangiano L2
Terminerà le sue operazioni a
settembre 2013
18. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Orbita: punto lagrangiano L2
1.5 million Km
19. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
1,5 m
L'occhio di Planck
22. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
High Frequency Instrument
Schiera di bolometri raffreddati
a 0.1 K alle frequenze
100857 GHz
Sensibili alla polarizzazione fra
100 and 353 GHz
Spiderweb PSB
23. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
I bolometri di HFI
24. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Low Frequency Instrument
Schiera di ricevitori
radiometrici raffreddati a 20 K
alle frequenze
304470 GHz
Tutti sensibili alla
polarizzazione
Singolo ricevitore
25. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Un radiometro di LFI
38. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Foregrounds
WMAP
Planck
39. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Foregrounds
WMAP
Planck
Minimo dei
foregrounds a 70 GHz
40. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Cosa succede se facciamo la differenza fra
la mappa a 70 GHz e a 100 GHz?
Cosa ci aspettiamo?
41. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
La differenza fra la mappa a 70 GHz e quella a 100 GHz rivela, come
aspettato, un residuo di rumore strumentale e di segnale solo sul piano
della Galassia
42. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
La più bella immagine
dell'universo bambino
48. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Fisica scritta in cielo
Osservazione
La sovrapposizione
di mini-mappe
costruite attorno ai
massimi e minimi di
intensità rivela
l'impronta delle
oscillazioni
acustiche della
materia barionica
~ 150 Mpc in cielo oggi,
le dimensioni dell'orizzonte del suono
49. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Fisica scritta in cielo
Osservazione
La sovrapposizione
di mini-mappe
costruite attorno ai
massimi e minimi di
intensità rivela
l'impronta delle
oscillazioni
acustiche della
materia barionica
Il massimo centrale ha le dimensioni di ~ 10 Mpc,
le dimensioni di un tipico ammasso di galassie
50. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
La concordanza fra lo
spettro di potenza
misurato e il modello
ΛCDM è spettacolare.
Vediamo alcune
caratteristiche di
questo modello
51. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
La posizione del primo
massimo è correlata
alla geometria
dell'universo
52. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Universo
chiuso
(più denso)
Universo
aperto
(meno denso)
Universo
piatto
53. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
“L'universo è piatto (errore del 4%)”
“L'universo è piatto (errore del 2%)”
“L'universo è piatto (errore del 15%)”
1999 – 2000 Boomerang
2001 – 2010 WMAP
2009 – 2013 Planck
54. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Materia
barionica
Materia
oscura
55. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Energia oscura Materia oscura
Materia “barionica”
72,8% 22,7% 4,5%
La dispensa dell'universo
secondo WMAP
56. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Energia oscura Materia oscura
Materia “barionica”
68,3% 26,8% 4,9%
La dispensa dell'universo
secondo Planck
57. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
La costante di Hubble
58. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
La concordanza
con il modello
ΛCDM è
spettacolare
DatiModello
Fisica scritta in cielo
59. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Anomalie e misteri
(poca anisotropia a grandi scale)
A grandi scale
angolari il cielo è
più isotropo del
previsto
60. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Anomalie e misteri
(asimmetria e cold spot)
61. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Anomalie e misteri
(asimmetria e cold spot)
62. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Materia oscura nell'universo
66. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Distribuzione della materia
nell'universo
67. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Il prossimo passo: la
polarizzazione
68. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
L'analisi statistica
della polarizzazione
dalle mappe di
Planck rivela una
concordanza
spettacolare con il
modello.
Un'analisi
approfondita è
necessaria per
indagare fenomeni
fisici dell'universo
inflazionario
DatiModello
Il prossimo passo: la
polarizzazione
69. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
E dopo Planck?
Numerose domande che emergono dalle teorie attuali
richiedono nuovi esperimenti
Che cos'è la materia oscura?
L'energia oscura esiste? Qual è la sua natura?
L'inflazione è realmente avvenuta? In quali condizioni?
Il potenziale gravitazionale primordiale presentava fluttuazioni
tensoriali (onde gravitazionali)?
Come hanno iniziato a formarsi le strutture dopo il
disaccoppiamento? Quando e come l'universo si è reionizzato su
larga scala?
Molte di queste domande possono essere affrontate
con misure di precisione della polarizzazione del
fondo cosmico a microonde
70. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
LSPE–LargeScalePolarizationExplorer
72. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Conclusioni
Le anisotropie di fondo cosmico sono come l'immagine di un
bambino appena nato di cui vogliamo conoscere il suo passato
e il suo futuro
In 50 anni il fondo cosmico si è dimostrato un mezzo molto
potente per capire l'universo. In molti casi le misure e le teorie
si accordano in modo meraviglioso
Planck ci ha restituito un'immagine di qualità senza precedenti
ed ha aperto la strada ad un futuro ricco di domande ricche e
profonde
Non si tratta di trovare l'ultima risposta, ma di stabilire un
dialogo con il mondo che ci circonda che è, in ultima analisi,
parte di noi stessi
Notas del editor
What is CMB, recall photon bath in plasma during expansion, compton scattering and recombination. Say something about discovery?
CMB characteristics. Black-body spectrum and anisotropies, use FIRAS and DMR results to guide the discussion, introduce the concept of precision cosmology Few words about polarisation
CMB characteristics. Black-body spectrum and anisotropies, use FIRAS and DMR results to guide the discussion, introduce the concept of precision cosmology Few words about polarisation
CMB characteristics. Black-body spectrum and anisotropies, use FIRAS and DMR results to guide the discussion, introduce the concept of precision cosmology Few words about polarisation
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CMB characteristics. Black-body spectrum and anisotropies, use FIRAS and DMR results to guide the discussion, introduce the concept of precision cosmology Few words about polarisation
CMB anisotropy power spectrum. Definition, discuss different processes acting on the various angular scales Show examples of dependence of power spectrum on cosmological parameters
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Future
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Planck. Present expected results for temperature and polarisation anisotropies, expectations on cosmological parameters
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