Planck: osservatorio ESA (2009–2013) che mappò il Fondo Cosmico a Microonde CMB

Planck (ESA, 2009–2013): osservatorio che mappò il Fondo Cosmico a Microonde (CMB) con precisione record, rivoluzionando la cosmologia e le misure dell'età e della materia dell'universo.

Planck era un osservatorio spaziale gestito dall'Agenzia Spaziale Europea (ESA) dal 2009 al 2013. Lanciato il 14 maggio 2009 insieme al telescopio Herschel con un vettore Ariane 5, fu collocato nella regione di librazione intorno al punto L2 del sistema Sole‑Terra, a circa 1,5 milioni di km dalla Terra.

Lo scopo principale di Planck era mappare con grande dettaglio le anisotropie del fondocosmico a microonde (CMB) alle frequenze microonde e sub‑millimetriche, ottenendo immagini a elevata sensibilità e a piccola risoluzione angolare. Queste mappe hanno permesso di studiare la struttura dell'Universo primordiale e di testare modelli di cosmologia e di astrofisica.

Strumentazione e prestazioni

La strumentazione di Planck era costituita da due strumenti principali:

• Low Frequency Instrument (LFI): rivelatori a microonde raffreddati, operanti nelle bande intorno a 30–70 GHz, progettati per misurare la radiazione CMB a bassa frequenza e la polarizzazione.
• High Frequency Instrument (HFI): un insieme di bolometri molto sensibili che coprivano frequenze più alte (circa 100–857 GHz), necessari per isolare la componente cosmica dai contributi della polvere galattica e dell'infrarosso.

Il telescopio combinava ampia copertura di frequenze e risoluzioni angolari fino a pochi arcminuti alle frequenze più alte, grazie a un sistema di raffreddamento complesso che portava i rivelatori HFI a temperature dell'ordine dei 0,1 K (dilution refrigerator) e prevedeva stadi a 4 K e 20 K per gli altri componenti.

Operazioni e calendario

Planck operò regolarmente per diversi anni: l'HFI funzionò fino a quando il criocooler consumò l'elio (fine delle osservazioni HFI nel gennaio 2012), mentre l'LFI continuò le osservazioni fino alla conclusione ufficiale delle operazioni scientifiche nel 2013. I dati furono rilasciati in più tappe (rilevanti release nel 2013, 2015 e la release finale "legacy" nel 2018), con mappe sempre più raffinate e prodotti derivati utili sia per la cosmologia sia per lo studio della nostra Galassia.

Principali risultati scientifici

Planck ha fornito le misure più precise fino ad oggi di molti parametri cosmologici chiave, migliorando i risultati ottenuti dal predecessore WMAP della NASA. Tra i risultati più importanti si possono riassumere:

• Determinazione dei parametri cosmologici fondamentali: Planck ha misurato con grande precisione la densità della materia totale e la sua composizione: la materia ordinaria (barionica) costituisce solo una frazione di pochi punti percentuali dell'energia totale dell'universo, mentre la materia oscura è la componente dominante della materia. L'età dell'universo risultò dell'ordine di circa 13,8 miliardi di anni.
• Conferma del modello ΛCDM: i dati di Planck sono molto consistenti con il modello standard della cosmologia (universo piatto dominato da energia oscura Λ e materia oscura fredda CDM), con stime precise del parametro di Hubble e della frazione delle diverse componenti.
• Polarizzazione e lente gravitazionale: Planck ha misurato non solo le anisotropie di temperatura, ma anche la polarizzazione (E‑mode) e la mappa della potenziale di lente gravitazionale del CMB, fornendo informazioni sulla crescita delle strutture su grandi scale.
• Vincoli sull'inflazione primordiale: i risultati hanno confermato uno spettro di perturbazioni vicino (ma non uguale) a scala invariata, con indice spettrale n_s < 1, e hanno posto limiti stringenti alle onde gravitazionali primordiali (rapporto tensoriale r).
• Cataloghi e mappe di primo piano: Planck ha prodotto cataloghi di sorgenti compatte, cataloghi di ammassi tramite l'effetto Sunyaev–Zel'dovich, mappe della polvere galattica e del Fondo Infrarosso Cosmico, che sono risorse preziose per molte ricerche astrofisiche.

Impatto e controversie

I risultati di Planck hanno rappresentato un punto di svolta per la cosmologia di precisione, ma hanno anche messo in evidenza alcuni punti aperti: ad esempio, il valore di H0 ricavato dal CMB (e quindi da Planck) è risultato sistematicamente più basso rispetto ad alcune misure locali dirette della costante di Hubble, generando quella che è oggi nota come la "tensione sull'H0", un problema attivo di ricerca.

Fine della missione e accesso ai dati

Dopo la perdita del raffreddamento dell'HFI e il completamento del programma scientifico, le operazioni ufficiali di Planck terminarono nel 2013. Il satellite fu quindi spento e posto in un'orbita sicura attorno al Sole. I dati di Planck (mappe di temperatura e polarizzazione, prodotti derivati e cataloghi) sono stati rilasciati pubblicamente dalle release ESA/Planck e costituiscono una risorsa di riferimento per la comunità scientifica.

Planck ha dunque fornito una fonte fondamentale di informazioni sulla cosmologia e l'astrofisica, testando teorie sull'Universo primordiale e sull'origine della struttura cosmica. Dalla fine della sua missione, Planck ha fatto le misure più precise di diversi numeri chiave: questi includono la densità media della materia ordinaria e della materia oscura nell'universo, e l'età dell'universo. Planck è ora spento, ma i suoi dati continuano a essere analizzati e a ispirare nuova ricerca.

Domande e risposte

D: Che cos'era Planck?

D: Che cosa ha osservato Planck?

D: In che modo Planck ha migliorato le osservazioni precedenti?

D: Qual era lo scopo della missione di Planck?

D: Quali misurazioni ha effettuato Planck dopo la fine della sua missione?

D: Planck è ancora operativo?

D: Quale contributo significativo ha dato Planck al campo dell'astrofisica?

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