Coelum Astronomia 206 - 2016 - Page 62

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Coelum Astronomia

Nuova luce sulla reionizzazione cosmica

Quando si “accesero” le prime stelle? In che modo e in quale epoca avvenne la cosiddetta “reionizzazione” dell’universo? Sono due domande fondamentali della cosmologia contemporanea.

Pochi istanti dopo il Big Bang, l'Universo era un denso e caldo mare di particelle. Protoni, neutrini ed elettroni costituivano una sorta di nebbia opaca, impedendo ai fotoni di propagarsi. Con l'espansione dell'Universo, il cosmo si fece sempre più freddo e rarefatto, tanto che, 380 mila anni dopo il Big Bang, elettroni e protoni si unirono a formare i primi atomi di idrogeno – la prima materia elettricamente neutra a popolare l'Universo. In seguito a questo evento, noto come ricombinazione, il cosmo diventò trasparente: i fotoni furono finalmente in grado di propagarsi nell'Universo. La materia e la radiazione, per la prima volta, erano due entità distinte.

Ancora oggi, possiamo osservare l'eco di questa prima luce: la radiazione cosmica di fondo, o CMB. La sua distribuzione lungo la volta celeste rivela minuscole fluttuazioni che possono essere usate per ricostruire l'evoluzione, la composizione e la geometria dell'Universo.

Dobbiamo aspettare ancora un po' – qualche centinaia di milioni di anni – per assistere alla comparsa della prima generazione di stelle che illuminarono l'Universo. Le radiazioni di questi astri spezzarono gli atomi, e l'Universo tornò ad essere un mare di ioni – una fase nota come reionizzazione. Nel frattempo, però, il cosmo si era espanso a tal punto che le interazioni tra i fotoni e gli elettroni risultavano molto più rare che in passato: l'Universo, dunque, avrebbe continuato ad essere trasparente.

«La CMB ci può dire quando ebbe inizio l’epoca della reionizzazione», spiega Jan Tauber, project scientist di Planck all’ESA, «e quando si formarono le prime stelle nell’Universo».

A rendere possibile queste misure è la cosiddetta “polarizzazione” della CMB: una caratteristica della “luce fossile” dovuta al fatto che i fotoni della radiazione di fondo cosmico hanno rimbalzato contro gli elettroni del “brodo primordiale” dell’Universo. «È nelle impercettibili fluttuazioni della polarizzazione della CMB che possiamo osservare l’influenza del processo di reionizzazione e risalire così all’epoca in cui ha avuto inizio», dice Tauber.

Sopra. Rappresentazione artistica della porzione di timeline dell’universo attorno all’epoca della reionizzazione, il processo che ha ionizzato la maggior parte della materia presente nel cosmo. Crediti: ESA – C. Carreau.