Dopo il Big Bang, il buio: non c’erano stelle o galassie e l’Universo era composto principalmente da idrogeno neutro. Ma quando e come si sono formate le prime stelle, e come si è quindi evoluto l’Universo? A provare a rispondere a queste domande arriva ora uno studio su Nature di un team di ricercatori dell’Arizona State University e del Mit che racconta di essere riuscito a rilevare, servendosi di segnali radio, le impronte digitali delle prime stelle dell’Universo, che sarebbero comparse circa 180milioni di anni dopo il Big Bang.
Per identificare queste impronte digitali e rilevare quindi l’idrogeno gassoso primordiale, il team di ricercatori guidati dall’astronomo Judd Bowman si è servito di un piccolo spettrometro radio, chiamato Edges (Experiment to Detect Global Eor Signature), presso il Murchison Radioastronomy Observatory, in Australia. Lo strumento era stato inizialmente progettato per raccogliere le onde radio emesse in un momento della storia dell’universo noto come Epoch of Reionization, o EoR. Si pensa infatti che proprio durante questo periodo si siano formate nell’Universo le prime sorgenti luminose come stelle e quasar, che si sono poi addensate in galassie e hanno causato la ionizzazione dell’idrogeno neutro. Secondo i modelli attualmente più accreditati, in particolare, queste prime stelle avrebbero emesso forti radiazioni ultraviolette che hanno eccitato gli atomi di idrogeno, inducendoli a emettere o assorbire radiazione. Con l’espansione dell’Universo, tale radiazione ha subito il cosiddetto red shift, ovvero si è spostata verso il rosso, a frequenze più basse.
È proprio su queste frequenze che si sono concentrati i ricercatori, misurando lo spettro radio medio di tutti i segnali astronomici ricevuti nella maggior parte del cielo dell’emisfero meridionale e ha cercato piccoli cambiamenti di potenza in funzione della lunghezza d’onda e della frequenza. Quando le onde radio entrano nell’antenna, vengono amplificate da un ricevitore e quindi digitalizzate e registrate da un computer, in maniera simile ai ricevitori radio Fm e i ricevitori tv. La differenza è che lo strumento è calibrato con molta precisione e progettato per funzionare nel modo più uniforme possibile su molte lunghezze d’onda radio.
I segnali rilevati dallo spettrometro radio, precisano i ricercatori, provenivano dall’idrogeno primordiale, il che significa che sono stati emessi circa 180milioni di anni dopo il Big Bang. Questi segnali, quindi, contengono una ricchezza di informazioni che apre una nuova finestra su come le stelle primitive, e in seguito i buchi neri e le galassie, si sono formate e si sono evolute e i risultati confermano le ipotesi generali su quando si formarono le prime stelle e le loro proprietà fondamentali. Inoltre, alcune caratteristiche delle onde radio rilevate suggeriscono che l’idrogeno gassoso e l’Universo in generale devono essere stati due volte più freddi di quanto stimato finora, con una temperatura di circa -270 gradi.
Sebbene non si sappia ancora il perché l’universo primordiale fosse molto più freddo, alcuni ricercatori, come Rennan Barkana dell’Università di Tel Aviv, suggeriscono che le interazioni con la materia oscura possano aver avuto qualche ruolo: all’inizio, i barioni potrebbero aver interagito con la materia oscura e lentamente aver perso energia. “Se l’idea di Barkana sarà confermata”, spiega Bowman, “allora abbiamo imparato qualcosa di nuovo e fondamentale sulla misteriosa materia oscura che costituisce l’85% della materia nell’Universo, fornendo il primo assaggio della fisica oltre il modello standard”.
I prossimi passi saranno quelli di migliorare le prestazioni degli strumenti, in modo che si possa imparare sempre di più sulle caratteristiche delle prime stelle. “Abbiamo lavorato molto duramente negli ultimi due anni per confermare questi risultati”, afferma Bowman, “Ora che sappiamo che questo segnale esiste, abbiamo bisogno di portare rapidamente in linea nuovi radiotelescopi che saranno in grado di estrarre il segnale molto più profondamente”.
Immagine copertina: N.R.Fuller, National Science Foundation
