Dove sono arrivati i fotoni del Big Bang?

380.000 anni dopo il Big Bang la temperatura della radiazione  termica permeante l’Universo scende a circa 3.000 Kelvin. Gli elettroni possono così combinarsi con i protoni formando  idrogeno neutro.  Prima di quel momento gli elettroni  imprigionavano i fotoni impedendone il viaggio.  Tuttavia dopo che l’universo è diventato neutro (grazie all’accoppiamento elettroni-protoni) gli  atomi neutri  sono liberi di muoversi rispetto alla  radiazione termica. 

Quest’epoca viene chiamata dagli astronomi, un po’ impropriamente ricombinazione, l’universo diventa trasparente  ed i fotoni di quel momento sono liberi di iniziare il  lunghissimo viaggio che li ha portati fino a noi.

Da quel momento l’universo di espande  di un fattore 1090 raggiungendo  i livelli attuali. La radiazione termica si raffredda ulteriormente fino  a raggiungere i 2,725 gradi Kelvin, una temperatura poco  superiore  allo zero assoluto  (per avere un’idea  100 volte più  fredda  di un cubetto di ghiaccio  messo in un drink).

La lunghezza  d’onda dei fotoni  originari si è spostata progressivamente  verso  il rosso fino a raggiungere la zona delle  microonde. dello  spettro elettromagnetico.  Questa radiazione permea  attualmente  tutto l’universo e ci giunge da  tutte le direzioni.

Oggi la chiamiamo radiazione cosmica  di fondo a  microonde e fu scoperta da Penzias e Wilson nel 1965. Quando osserviamo questa radiazione che ci arriva da ogni parte del  cielo, stiamo osservando un fenomeno che dista  13,8  miliardi di anni luce e che è lontano nel  tempo di 13,8 miliardi di anni, 380.000  anni dopo il  Big Bang.

Questo è il tempo che hanno impiegato queste particelle a giungere  fino a noi, quindi quando noi osserviamo  questi fotoni li vediamo come erano 13,8 miliardi di anni fa. Dove si trovano adesso?

In base all’espansione dell’universo adesso si trovano a 46  miliardi di anni luce da noi. Questa è  la  distanza dell’universo comovente che marca la  distanza  dell’universo visibile oggi. 

In cosmologia la distanza comovente è un modo conveniente per definire le distanze tra oggetti in maniera indipendente dal tempo: è la separazione che gli oggetti avrebbero oggi se entrambi gli oggetti non si muovessero.

Qualcuno  tra i più  avveduti lettori  si chiederà, a questo  punto,  come hanno fatto questi  fotoni partiti  13,8 miliardi di anni luce fa a raggiungere la distanza effettiva di 46 miliardi di anni  luce?

Ancora una  volta la  risposta è nell’espansione dell’universo che permette  di superare la velocità della luce rispettando le predizioni della  teoria della relatività  generale.