Il cosmo visto da
Planck
Aniello Mennella
Università degli Studi di Milano
Scuola estiva di Astronomia
St. Barthélemy (AO)...
La luce non viaggia a velocità
infinita
Un piccolo dettaglio che ci consente di
osservare il passato
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
14 maggio 1964, 11:15 am
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Un corpo nero “perfetto”
 Radiazione e materia nel 
plasma primordiale sono in 
equ...
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Un corpo nero “perfetto”
 Ad oggi non sono state rilevate 
variazioni significative...
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
“Semi” nell'universo COBE
 
DMR
La distribuzione angolare del fondo cosmico è 
corre...
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
“Semi” nell'universo WMAP
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Armoniche sfericheArmoniche sferiche
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Analisi di FourierAnalisi di Fourier
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Armoniche sfericheArmoniche sferiche
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Spettro di potenza
£104
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1 10 100 1000 10000
`
Lo spettro di potenza dà una...
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Spettro di potenza
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1 10 100 1000 10000
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Alle grandi scale angolari (> 1°) 
le ani...
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Spettro di potenza
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Le scale angolari medie 
(...
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Spettro di potenza
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1 10 100 1000 10000
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£104
Al di sotto di 5' le anisotr...
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Planck, il grande fotografo
 Missione spaziale ESA, 
combinazione senza 
precedenti...
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Orbita: punto lagrangiano L2
1.5 million Km
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
1,5 m
L'occhio di Planck
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
High Frequency Instrument
Schiera di bolometri raffreddati 
a 0.1 K alle frequenze
1...
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I bolometri di HFI
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Low Frequency Instrument
Schiera di ricevitori 
radiometrici raffreddati a 20 K 
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Un radiometro di LFI
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23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Cold is cool!
300 K
140 K
100 K
80 K
50 K
20 K (LFI)
0.1-4 K (HFI)
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Il Sorption cooler: un frigorifero
“silenzioso”
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
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23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Planck: 17 anni in
4 minuti
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Il cosmo visto da Planck
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Il cosmo visto da Planck
La Via Lattea in primo piano
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Il cosmo visto da Planck
Il fondo cosmico sullo sfondo
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Foregrounds
WMAP
Planck
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Foregrounds
WMAP
Planck
Minimo dei
foregrounds a 70 GHz
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Cosa succede se facciamo la differenza fra
la mappa a 70 GHz e a 100 GHz?
Cosa ci as...
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
La differenza fra la mappa a 70 GHz e quella a 100 GHz rivela, come
aspettato, un re...
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
La più bella immagine
dell'universo bambino
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
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Fisica scritta in cielo
Osservazione
La sovrapposizione
di mini-mappe
costruite atto...
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Fisica scritta in cielo
Osservazione
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La concordanza fra lo
spettro di potenza
misurato e il modello
ΛCDM è spettacolare.
...
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La posizione del primo
massimo è correlata
alla geometria
dell'universo
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Universo
chiuso
(più denso)
Universo
aperto
(meno denso)
Universo
piatto
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
“L'universo è piatto (errore del 4%)”
“L'universo è piatto (errore del 2%)”
“L'unive...
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Materia
barionica
Materia
oscura
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Energia oscura Materia oscura
Materia “barionica”
72,8% 22,7% 4,5%
La dispensa dell'...
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Energia oscura Materia oscura
Materia “barionica”
68,3% 26,8% 4,9%
La dispensa dell'...
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
La costante di Hubble
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
La concordanza
con il modello
ΛCDM è
spettacolare
DatiModello
Fisica scritta in cielo
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Anomalie e misteri
(poca anisotropia a grandi scale)
A grandi scale
angolari il ciel...
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Anomalie e misteri
(asimmetria e cold spot)
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Anomalie e misteri
(asimmetria e cold spot)
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Materia oscura nell'universo
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Distribuzione della materia
nell'universo
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Il prossimo passo: la
polarizzazione
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
L'analisi statistica
della polarizzazione
dalle mappe di
Planck rivela una
concordan...
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
E dopo Planck?
 Numerose domande che emergono dalle teorie attuali 
richiedono nuov...
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
LSPE–LargeScalePolarizationExplorer
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
Conclusioni
 Le anisotropie di fondo cosmico sono come l'immagine di un
bambino app...
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Lezione tenuta presso la Scuola Estiva di Astronomia, Osservatorio di St. Barthélemy (AO), 23 luglio 2013

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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
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  • 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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  • Planck. Present expected results for temperature and polarisation anisotropies, expectations on cosmological parameters
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  • Il cosmo visto da Planck

    1. 1. Il cosmo visto da Planck Aniello Mennella Università degli Studi di Milano Scuola estiva di Astronomia St. Barthélemy (AO), 23 luglio 2013
    2. 2. La luce non viaggia a velocità infinita Un piccolo dettaglio che ci consente di osservare il passato
    3. 3. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella 14 maggio 1964, 11:15 am
    4. 4. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
    5. 5. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
    6. 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. 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. 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. 9. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella “Semi” nell'universo WMAP
    10. 10. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Armoniche sfericheArmoniche sferiche
    11. 11. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Analisi di FourierAnalisi di Fourier
    12. 12. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Armoniche sfericheArmoniche sferiche
    13. 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. 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. 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. 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. 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. 18. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Orbita: punto lagrangiano L2 1.5 million Km
    19. 19. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella 1,5 m L'occhio di Planck
    20. 20. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
    21. 21. 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
    22. 22. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella I bolometri di HFI
    23. 23. 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
    24. 24. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Un radiometro di LFI
    25. 25. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
    26. 26. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Cold is cool! 300 K 140 K 100 K 80 K 50 K 20 K (LFI) 0.1-4 K (HFI)
    27. 27. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
    28. 28. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Il Sorption cooler: un frigorifero “silenzioso”
    29. 29. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
    30. 30. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
    31. 31. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
    32. 32. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Planck: 17 anni in 4 minuti
    33. 33. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Il cosmo visto da Planck
    34. 34. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Il cosmo visto da Planck La Via Lattea in primo piano
    35. 35. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Il cosmo visto da Planck Il fondo cosmico sullo sfondo
    36. 36. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
    37. 37. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Foregrounds WMAP Planck
    38. 38. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Foregrounds WMAP Planck Minimo dei foregrounds a 70 GHz
    39. 39. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Cosa succede se facciamo la differenza fra la mappa a 70 GHz e a 100 GHz? Cosa ci aspettiamo?
    40. 40. 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
    41. 41. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella La più bella immagine dell'universo bambino
    42. 42. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
    43. 43. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
    44. 44. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
    45. 45. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
    46. 46. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
    47. 47. 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
    48. 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 Il massimo centrale ha le dimensioni di ~ 10 Mpc, le dimensioni di un tipico ammasso di galassie
    49. 49. 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
    50. 50. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella La posizione del primo massimo è correlata alla geometria dell'universo
    51. 51. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Universo chiuso (più denso) Universo aperto (meno denso) Universo piatto
    52. 52. 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
    53. 53. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Materia barionica Materia oscura
    54. 54. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Energia oscura Materia oscura Materia “barionica” 72,8% 22,7% 4,5% La dispensa dell'universo secondo WMAP
    55. 55. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Energia oscura Materia oscura Materia “barionica” 68,3% 26,8% 4,9% La dispensa dell'universo secondo Planck
    56. 56. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella La costante di Hubble
    57. 57. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella La concordanza con il modello ΛCDM è spettacolare DatiModello Fisica scritta in cielo
    58. 58. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Anomalie e misteri (poca anisotropia a grandi scale) A grandi scale angolari il cielo è più isotropo del previsto
    59. 59. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Anomalie e misteri (asimmetria e cold spot)
    60. 60. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Anomalie e misteri (asimmetria e cold spot)
    61. 61. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Materia oscura nell'universo
    62. 62. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
    63. 63. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
    64. 64. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
    65. 65. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Distribuzione della materia nell'universo
    66. 66. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella Il prossimo passo: la polarizzazione
    67. 67. 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
    68. 68. 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
    69. 69. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella LSPE–LargeScalePolarizationExplorer
    70. 70. 23 luglio 2013 St. BarthèlemyMennella
    71. 71. 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

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