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La scienza verso l’Alba Cosmica

This artist's animation illustrates the universe's early years, from its explosive formation to its dark ages to its first stars and mini-galaxies. Scientists using NASA's Spitzer Space Telescope found patches of infrared light splattered across the sky.

I misteri del cosmo ormai non riguardano tanto la formazione dei corpi celesti, quanto la prima luce, le prime stelle che riempirono l’Universo circa 378mila anni dopo il Big Bang.

Un gruppo multidisciplinare di oltre 30 ricercatori provenienti da ogni parte del mondo, legati al metodo del Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen (Reach) e che hanno come base l’Università di Cambridge, è alla ricerca di quel momento chiave e inesplorato dello sviluppo dell’Universo: l’Alba Cosmica!

«Nel momento in cui si sono formate le prime stelle, l’Universo era per lo più vuoto e composto principalmente da idrogeno ed elio» ha spiegato Eloy de Lera Acedo del Cavendish Laboratory di Cambridge, autore principale della ricerca pubblicata su Nature Astronomy. «In seguito, a causa della gravità, gli elementi si sono uniti perché si sono create le condizioni giuste per la fusione nucleare che è ciò che ha formato le prime stelle. Ma gli elementi erano circondati da nuvole di cosiddetto idrogeno neutro, che assorbono molto bene la luce, e che quindi rendono difficile un’osservazione diretta della luce dietro di esse».

L’ostacolo principale per l’individuazione della luce primordiale con gli attuali radiotelescopi è proprio la nube d’idrogeno che la nasconde. Si stima che il segnale dell’Alba Cosmica possa essere centomila volte più debole di altri segnali radio che giungono dal cielo. Inoltre, i radiotelescopi stessi generano distorsioni tali da impedirne il rilevamento puntuale.

Per studiare questo periodo dello sviluppo dell’Universo, il Reach utilizzerà il metodo della linea spettrale a 21 centimetri: una firma di radiazione elettromagnetica dell’idrogeno tipica dell’Universo primordiale.

Principali eventi cosmici. Reach studierà l’intervallo di frequenze 50–170 MHz (z ≈ 7.5–28)

Ma non solo. «Il nostro metodo analizza congiuntamente i dati provenienti da più antenne e su un’ampia banda di frequenza» ha affermato de Lera Acedo. L’utilizzo di più antenne migliora l’affidabilità dei dati rispetto alle osservazioni precedenti che si basavano su una singola antenna e permette l’attuazione del metodo statistico della probabilità bayesiana per realizzare modelli più attendibili. E’ previsto perciò che gli scienziati riescano a separare i segnali che provengono dalle interferenze dei radiotelescopi e dal rumore generale del cielo.

Già nel 2018 un gruppo di scienziati che guidava l’”Esperimento per rilevare l’epoca globale della firma di reionizzazione” (Edges) aveva riferito di una possibile misurazione di questa prima luce, ma in seguito gli esperti non sono stati più in grado di ottenere gli stessi risultati.

Mentre i ricercatori sviluppano il nuovo metodo, alla fine del decennio avremo un telescopio di nuova generazione che fotograferà l’Alba Cosmica: lo Square Kilometre Array. In realtà si tratta di una rete di radiotelescopi che fanno capo a un progetto internazionale localizzato su due continenti dell’emisfero australe: il Sud Africa e l’Australia, dove le interferenze radio e del cielo sono molto ridotte.

Immagine in apertura: Stelle che emergono dall’oscurità (illustrazione) – Crediti: Nasa/Jpl

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