Coelum Astronomia 221 - 2018 - Page 50

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“transizione elettronica”. In seguito l'atomo può riportare l'elettrone a uno stato energetico più basso, emettendo fotoni, in un processo che è l'inverso di quello appena descritto.

Quando i fotoni della radiazione UV emessa dalle prime stelle colpirono l'idrogeno primordiale, fecero sì che quest'ultimo si eccitasse producendo un’emissione nella “riga a 21 centimetri”.

Questo stato di eccitazione indurrebbe gli atomi di idrogeno ad assorbire energia dalla radiazione cosmica di fondo, a una particolare frequenza nota (1420,405 MHz). Teoricamente, gli astronomi sapevano di essere in grado di rilevare l'emissione corrispondente da questo processo ma, fino ad ora, non erano riusciti a farlo. La difficoltà sta nel fatto che, a causa dell'espansione dell'Universo, questo assorbimento si sarebbe potuto osservare a una frequenza imprecisata e più bassa di quella nota (spostamento verso il rosso). Dove cercare dunque quell’assorbimento o la corrispondente emissione di quel processo?

Nel primo articolo pubblicato su Nature, Judd Bowman e i suoi colleghi hanno dimostrato di aver rilevato questo debole segnale, una lieve diminuzione attorno ai 78 MHz. Si tratta proprio della tanto cercata “firma” di quel processo che mostra le tracce di antiche stelle ad appena 180 milioni di anni dopo il Big Bang.

Si tratta di una distorsione spettrale compatibile – tenendo conto dello spostamento verso il rosso (redshift) dovuto all’espansione dell’Universo – con la riga di assorbimento a 21 cm dell’idrogeno ionizzato dalla luce ultravioletta delle prime stelle. Una diminuzione molto lieve ma comunque due volte più profonda rispetto a quanto previsto dai modelli teorici.

«Trovare questo minuscolo segnale ha aperto una nuova finestra sull'universo primordiale», ha commentato Bowman.

Inizialmente il team stava scandagliando le frequenze che corrispondevano a tempi più

A sinistra. Il grafico che mostra l’effetto della riga d’assorbimento dell’idrogeno osservato da Edges sulla radiazione cosmica di fondo all’epoca della fine dell’era oscura (fonte: Judd D. Bowman et al. La porzione del grafico compresa fra i 70 e i 90 MHz, là dove la linea della temperatura di brillanza si abbassa di quasi mezzo grado, se sarà confermata, è destinata a rimanere nei libri di scienza. È l’impronta della luce delle prime stelle.

Sopra. Una rappresentazione artistica delle prime stelle che hanno illuminato il cosmo. Crediti: NASA/WMAP Science Team

“transizione elettronica”. In seguito l'atomo può riportare l'elettrone a uno stato energetico più basso, emettendo fotoni, in un processo che è l'inverso di quello appena descritto.

Quando i fotoni della radiazione UV emessa dalle prime stelle colpirono l'idrogeno primordiale, fecero sì che quest'ultimo si eccitasse producendo un’emissione nella “riga a 21 centimetri”.

Questo stato di eccitazione indurrebbe gli atomi di idrogeno ad assorbire energia dalla radiazione cosmica di fondo, a una particolare frequenza nota (1420,405 MHz). Teoricamente, gli astronomi sapevano di essere in grado di rilevare l'emissione corrispondente da questo processo ma, fino ad ora, non erano riusciti a farlo. La difficoltà sta nel fatto che, a causa dell'espansione dell'Universo, questo assorbimento si sarebbe potuto osservare a una frequenza imprecisata e più bassa di quella nota (spostamento verso il rosso). Dove cercare dunque quell’assorbimento o la corrispondente emissione di quel processo?

Nel primo articolo pubblicato su Nature, Judd Bowman e i suoi colleghi hanno dimostrato di aver rilevato questo debole segnale, una lieve diminuzione attorno ai 78 MHz. Si tratta proprio della tanto cercata “firma” di quel processo che mostra le tracce di antiche stelle ad appena 180 milioni di anni dopo il Big Bang.

Si tratta di una distorsione spettrale compatibile – tenendo conto dello spostamento verso il rosso (redshift) dovuto all’espansione dell’Universo – con la riga di assorbimento a 21 cm dell’idrogeno ionizzato dalla luce ultravioletta delle prime stelle. Una diminuzione molto lieve ma comunque due volte più profonda rispetto a quanto previsto dai modelli teorici.

«Trovare questo minuscolo segnale ha aperto una nuova finestra sull'universo primordiale», ha commentato Bowman.

Inizialmente il team stava scandagliando le frequenze che corrispondevano a tempi più recenti, su scala cosmica, ma nel 2015 hanno esteso la ricerca a frequenze ancora più basse, corrispondenti a tempi più antichi. «Non appena abbiamo sintonizzato il nostro sistema sulle frequenze più basse abbiamo iniziato a vedere dei segnali che ritenevamo potessero essere compatibili con una vera firma» ha affermato Alan Rogers.

«Questo è il primo vero segnale che le stelle stanno iniziando a formarsi e iniziano a interagire con il mezzo attorno a loro», ha spiegato Rogers. «Ciò che accade, in questo periodo, è che un po’ della radiazione delle prime stelle permette all’idrogeno di essere osservato. Gli atomi di idrogeno assorbono la radiazione, e questo si può intravedere come un’alterazione del suo profilo a precise frequenze radio».

A sinistra. Il grafico che mostra l’effetto della riga d’assorbimento dell’idrogeno osservato da Edges sulla radiazione cosmica di fondo all’epoca della fine dell’era oscura (fonte: Judd D. Bowman et al. La porzione del grafico compresa fra i 70 e i 90 MHz, là dove la linea della temperatura di brillanza si abbassa di quasi mezzo grado, se sarà confermata, è destinata a rimanere nei libri di scienza. È l’impronta della luce delle prime stelle.

recenti, su scala cosmica, ma nel 2015 hanno esteso la ricerca a frequenze ancora più basse, corrispondenti a tempi più antichi. «Non appena abbiamo sintonizzato il nostro sistema sulle frequenze più basse abbiamo iniziato a vedere dei segnali che ritenevamo potessero essere compatibili con una vera firma» ha affermato Alan Rogers.

«Questo è il primo vero segnale che le stelle stanno iniziando a formarsi e iniziano a interagire con il mezzo attorno a loro», ha spiegato Rogers. «Ciò che accade, in questo periodo, è che un po’ della radiazione delle prime stelle permette all’idrogeno di essere osservato. Gli atomi di idrogeno assorbono la radiazione, e questo si può intravedere come un’alterazione del suo profilo a precise frequenze radio».