Oggi l’universo è 10 volte più caldo di 10 miliardi di anni fa. Allora, la temperatura media dello spazio profondo era di circa 200.000° Celsius. Ora sono circa 2 milioni diº C.
“Questa è la prima volta che possiamo confermare il valore preciso della temperatura dell’universo e come si evolve nel tempo“, afferma Yi-Kuan Chiang, astrofisico presso la Ohio State University di Columbus. Ha guidato un gruppo di ricerca che ha misurato la temperatura dell’universo e ha condiviso le nuove scoperte sull’Astrophysical Journal del 10 ottobre.
Il monitoraggio delle temperature aiuta gli astronomi a capire come l’universo ha costruito strutture enormi, spiega Chiang. Queste includono ammassi di galassie ricche di stelle. Questi ammassi possono contenere centinaia di galassie sparse in milioni di anni luce.
Quando i cluster si assemblano, rilasciano energia. La gravità si trasforma in calore, che riscalda il gas circostante. Misurando come la temperatura di questo gas è cambiata nel tempo, dice Chiang, gli astronomi possono “sondare l’evoluzione” man mano che i cluster si uniscono.
Il riscaldamento cosmico non è una sorpresa
La nuova misurazione della temperatura coincide con ciò che gli astronomi si aspettavano, afferma Martine Lokken, astrofisica presso l’Università di Toronto in Canada. Utilizza modelli di computer per capire come i gas e le galassie si collegano nell’universo per formare una “rete cosmica“.
In questi modelli, ricercatori come la Lokken creano universi neonati virtuali. Il computer ne simula la fisica. Quindi questo programma per computer consente agli universi di crescere da soli. Da questo, gli scienziati vedono quanto bene quegli universi virtuali corrispondono alla realtà.
Oggi, questi modelli fanno un buon lavoro nel ricreare la vista attraverso i telescopi, afferma Lokken. In particolare, “vediamo che si ottiene questo riscaldamento continuo del gas mentre le galassie cadono in queste regioni davvero massicce e dense della rete cosmica“.
Le nuove misurazioni della temperatura forniscono agli astronomi i dati per confermare quelle simulazioni. Due milioni di gradi suona piuttosto caldo.
“Il modo in cui noi umani sperimentiamo il calore sulla Terra dipende dal trasferimento di energia termica quando tocchiamo qualcosa“, spiega Lokken. Un fornello caldo si sente caldo perché ha molte molecole in frenetico movimento. Quelle molecole continuano a sbattere contro la tua mano. Ad ogni urto, trasferiscono calore dal fornello a te.
Ma nello spazio, non ci sono così tante molecole. Anche nel gas vicino a un ammasso, le molecole sono molto distanti. Sr stessi lì, non ti renderesti nemmeno conto di essere circondato dal gas. Non sarebbe caldo. Sarebbe come … beh, niente di niente.
Come misurare la temperatura dell’universo
Misurare la temperatura del gas che esisteva molto tempo fa non è facile. Ma i telescopi sono macchine del tempo. Quando gli astronomi guardano lontano, guardano anche indietro nel tempo.
Immaginiamo una galassia che si trova a 1 miliardo di anni luce dalla Terra. La luce di quella galassia ha impiegato 1 miliardo di anni per raggiungerci. Quando guardiamo quella galassia, non la vediamo come è adesso. Stiamo vedendo com’era 1 miliardo di anni fa.
Ecco perché Chiang ei suoi colleghi sono andati alla ricerca di gas vicino a galassie a varie distanze dalla Terra. Alcune erano vicine, altre a miliardi di anni luce di distanza.
Per misurare la temperatura del gas, gli scienziati sono stati aiutati da una luce molto antica. Questa luce è chiamata fondo cosmico a microonde. Questo è un debole bagliore che arriva da tutte le direzioni, residuo di non molto tempo dopo il Big Bang.
Mentre la luce viaggia attraverso lo spazio, parte di essa scorre nel gas attorno agli ammassi di galassie. Quando lo fa, raccoglie energia dagli elettroni che sfrecciano all’interno di quel gas. Gli elettroni aumentano leggermente la frequenza della luce. Quanto cambia la frequenza dipende da quanto è caldo il gas.
Il team di Chiang ha esaminato i vecchi dati dei telescopi spaziali che hanno mappato questa luce di fondo. Hanno cercato patch in cui la frequenza della luce è leggermente aumentata. Ciò ha evidenziato le posizioni di gas caldo nel cielo.
Hanno quindi confrontato questi risultati con le distanze note degli ammassi di galassie utilizzando un telescopio a terra. Mettendo insieme tutto questo, hanno calcolato le temperature delle nuvole di gas a diverse distanze e in molti punti nel tempo.
“Siamo rimasti sorpresi che abbia funzionato come previsto“, dice Chiang.
Ma Chiang non ha finito. Lui e il suo team stanno ora osservando un altro tipo di luce chiamata sfondo cosmico a infrarossi. Questo bagliore opaco riempie l’universo di luce infrarossa. Proviene dalla polvere calda nelle galassie.
Durante la misurazione della temperatura dello spazio, il team ha dovuto fare attenzione a non lasciare che questa luce rovinasse il suo lavoro. Ma anche questa luce ha una storia da raccontare, dice Chiang. “Lo sfondo cosmico a infrarossi ci racconta la storia della formazione delle galassie“.
