La prima luce dell’universo

Oggi gli scienziati cercano il segnale emesso dall'idrogeno neutro primordiale e per trovarlo utilizzano il potente radiotelescopio MWA che si trova nella remota Australia occidentale.

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alla ri erca della prima luce dell'universo

Gli scienziati  stanno cercando il segnale emesso dalle prime stelle dell’Universo utilizzando il radiotelescopio Murchison Widefield Array (WMA).

E’ servito un po di tempo affinché il nostro universo fosse in grado di far nascere le prime stelle. Subito dopo il Big Bang l’universo era straordinariamente caldo e gli atomi non potevano perciò esistere, e senza atomi non potevano esistere nemmeno le stelle.

Ma a circa 377.000 anni dal Big Bang, l’Universo si espanse e si raffreddò abbastanza da consentire agli atomi, principalmente idrogeno neutro con un po’ di elio e tracce di litio, di formarsi.

Iniziò l’epoca della “reionizzazione”.

Oggi gli scienziati cercano il segnale emesso da quell’idrogeno neutro primordiale e per trovarlo utilizzano il MWA che si trova nella remota Australia occidentale. In origine composto da  2048 antenne radio disposte in 128 “tessere”, l’MWA stato riconfigurato. Il sistema di antenne entrato in funzione nel 2013 oggi ha raddoppiato il numero di tessere a 256 e le antenne sono state riorganizzate.

Tutti i dati captati da questi ricevitori vengono immessi in un supercomputer chiamato Correlatore.

Un nuovo documento, che sarà pubblicato sull’Astrophysical Journal, presenta i risultati della prima analisi dei dati dall’array appena riconfigurato. L’articolo è intitolato “Risultati della prima stagione MWA Fase II EoR Power Spectrum a Redshift 7“. Il ricercatore principale è Wenyang Li, uno studente di dottorato alla Brown University.

Questa ricerca aveva lo scopo di studiare la forza del segnale dall’idrogeno neutro.

L’analisi ne ha fissato il limite più basso, un risultato chiave nella ricerca di questo debole segnale.

Possiamo affermare con sicurezza che se il segnale dell’idrogeno neutro fosse più forte del limite impostato per lo studio, il telescopio lo avrebbe rilevato“, ha dichiarato Jonathan Pober, assistente professore di fisica alla Brown University e coautore del nuovo documento.

Questi risultati possono aiutarci a limitare ulteriormente i tempi in cui si sono concluse le epoche oscure cosmiche e sono emerse le prime stelle“.

Non abbiamo una cronologia completa degli eventi dell’universo primordiale, purtroppo non abbiamo colmato alcune lacune significative.

Siamo a conoscenza che dopo l’era oscura è iniziata l’era della reionizzazione che ha permesso la formazione degli atomi che in seguito si sono aggregati andando a formare le prime strutture dell’universo, stelle, galassie nane e quasar.

Quando i primi oggetti si formarono la loro luce si diffuse in tutto l’universo reionizzando l’idrogeno neutro che in seguito è scomparso dallo spazio interstellare.

Gli scienziati cercano di capire come l’idrogeno neutro è cambiato quando l’era Oscura ha ceduto il passo all’epoca della reionizzazione. Le prime stelle che si formarono nell’Universo neonato furono i mattoni delle struttura che osserviamo oggi, e per capirle, gli scienziati devono trovare il segnale emesso da quel primo idrogeno neutro.

Non sarà un lavoro facile, il segnale emesso dall’idrogeno neutro è molto debole e gli scienziati devono avere a disposizione rilevatori molto sensibili.

Inizialmente l’idrogeno neutro emetteva radiazioni alla lunghezza d’onda di 21 centimetri ma l’espansione dell’universo nel corso degli eoni ha allungato quel segnale caratteristico portandolo a circa 2 metri. Il segnale si è dunque perso tra un grande numero di segnali simili, naturali e causati dalla nostra tecnologia. Ecco perché l’MWA si trova nell’Australia remota, per isolarlo dal maggior numero possibile di rumori radio.

Tutte queste altre fonti sono molti ordini di grandezza più forti del segnale che stiamo cercando di rilevare“, ha detto Pober.

Anche un segnale radio FM riflesso da un aeroplano che passa sopra il telescopio è sufficiente per contaminare i dati“.

Ma per fortuna gli scienziati hanno a disposizione il super computer Correlator che è in grado di scartare i segnali “sporchi” tenendo conto della natura del MWA stesso.

Se osserviamo frequenze radio o lunghezze d’onda diverse, il telescopio si comporta in modo leggermente diverso“, ha detto Pober. “Correggere la risposta del telescopio è assolutamente fondamentale per fare la separazione dei contaminanti astrofisici e il segnale di interesse“.

La nuova configurazione dell’array, le tecniche di analisi dei dati, la potenza del supercomputer e il duro lavoro dei ricercatori hanno prodotto dei risultati. Il documento presenta un nuovo limite superiore per il segnale dall’idrogeno neutro.

Questa è la seconda volta che gli scienziati che lavorano con il MWA hanno rilasciato un nuovo limite più finemente calibrato. Progredendo ulteriormente gli scienziati si aspettano di scovare l’elusivo segnale dell’idrogeno neutro.

Questa analisi dimostra che l’aggiornamento della fase due ha avuto molti degli effetti desiderati e che le nuove tecniche miglioreranno le analisi future“, ha affermato Pober.

“Il fatto che MWA abbia ora pubblicato back-to-back i due migliori limiti del segnale dà slancio all’idea che questo esperimento e il suo approccio siano molto promettenti”.

Fonte: Science Alert