Coelum Astronomia 221 - 2018 - Page 52

Quando è uscito l'articolo su Nature, alla vista del grafico con la "firma" delle prime stelle, per qualcuno la prima impressione è stata quella d’un déjà vu. O meglio, déjà prévu: quattro scienziati, infatti, quella “tacca” nello spettro del fondo cosmico l’avevano già prevista. Più o meno lì dove è ora stata effettivamente trovata. È tutto in un articolo pubblicato il 10 gennaio del 2000 su The Astrophysical Journal, intitolato “Radio Signatures of H I at High Redshift: Mapping the End of the Dark Ages” e firmato, nell’ordine, da Paolo Tozzi, Piero Madau, Avery Meiksin e – leggenda nella leggenda – niente meno che Sir Martin J. Rees, astronomo reale e presidente della Royal Society.

«Era il 1998, avevo 29 anni, e avevo lasciato l’Italia per andare allo Space Telescope e iniziare un lavoro con Piero Madau su un argomento per me completamente nuovo: l’idrogeno primordiale», ricorda Paolo Tozzi. «Sapevamo bene che l’idrogeno, dal punto di vista astronomico, può emettere attraverso la sua radiazione a 21 cm, e ci chiedevamo come fosse possibile stanarlo attraverso questo canale osservativo ben noto, un argomento su cui il gruppo di Piero Madau aveva già pubblicato alcuni lavori. Allora cominciammo a ragionare su come l’idrogeno potesse rendersi visibile – se osservato nella frequenza a 21 cm emessa all’epoca, dunque osservabile oggi a frequenze molto più basse – quando comparivano le prime sorgenti. E mi ricordo che facemmo un

grafico, che poi divenne molto popolare, che mostrava la traccia lasciata dal doppio passaggio del gas, avvenuto all’epoca, prima dalla temperatura del fondo al freddo,

poi dal freddo al caldo. Questo passaggio lasciava

impresso nella radiazione

cosmica di fondo, se uno l’avesse osservata a quelle frequenze, proprio questo segnale, che è come una specie di pugnalata. Molto piccola, perché alla fine il segnale era molto piccolo, però era come se ci fosse una specie di tacca, impressa in questa radiazione: un’incisione che poi spariva subito. La tacca delle prime stelle.

Questa cosa ci piacque moltissimo, abbiamo fatto questo grafico, poi il campo si è evoluto, le previsioni successive si sono basate su modelli molto più elaborati e complessi, ma essenzialmente la conclusione rimane quella: nella radiazione

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Una scoperta prevista 10 anni fa

Intervista a cura di Marco Malaspina (Media INAF)

Sopra. Paolo Tozzi, astrofisico all’Inaf di Arcetri, primo autore dello studio pubblicato nel 2000 su Apj sulla firma dell’idrogeno ad alto redshift

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».