Universo Primordiale: così le piccole galassie nane hanno dissipato l’oscurità

L’enigma di ciò che ha illuminato il vuoto oscuro e informe dell’Universo Primordiale inizia a svelarsi. Grazie ai dati forniti dai telescopi spaziali Hubble e James Webb, gli scienziati hanno identificato le origini dei fotoni in volo libero che hanno segnato l’alba del cosmo. La sorprendente scoperta rivela che la luce è stata generata da piccole galassie nane che, attivandosi, hanno avuto il potere di diradare la densa nebbia di idrogeno torbido che permeava lo Spazio intergalattico.

Svelato il mistero della luce nell’Universo Primordiale

Questa rivelazione sottolinea l’importanza fondamentale di queste galassie ultra-deboli nell’evoluzione del giovane Universo. Come ha affermato l’astrofisica Iryna Chemerynska dell’Institut d’Astrophysique de Paris, esse “producono fotoni ionizzanti che trasformano l’idrogeno neutro in plasma ionizzato durante la reionizzazione cosmica”. Questo processo non solo ha disperso l’oscurità, ma ha anche sottolineato l’importanza di comprendere il comportamento delle galassie di piccola massa nel plasmare la storia cosmica, evidenziando il loro ruolo inaspettato ma cruciale.

Nei primissimi minuti successivi al Big Bang, l’Universo era avvolto da una nebbia densa e calda di plasma ionizzato. In quella fase, la poca luce presente non riusciva a penetrare l’oscurità; i fotoni venivano semplicemente dispersi dagli elettroni liberi che fluttuavano, rendendo l’Universo di fatto buio e impenetrabile. Con il passare del tempo, circa 300.000 anni, l’Universo ha iniziato a raffreddarsi. Questo raffreddamento ha permesso a protoni ed elettroni di combinarsi, formando gas di idrogeno neutro e una piccola quantità di elio, ponendo le basi per l’emergere della luce e l’inizio della fase di reionizzazione.

L’alba cosmica e la nascita delle prime luci

Sebbene la maggior parte delle lunghezze d’onda della luce fosse in grado di attraversare il mezzo neutro del giovane Universo, le fonti luminose in grado di produrla erano incredibilmente scarse. Eppure, da questo scenario, composto prevalentemente da idrogeno ed elio, emersero le prime, timide stelle. Queste prime generazioni di astri irradiavano con un’intensità tale da strappare gli elettroni dai loro nuclei, un processo che portò alla reionizzazione del gas. A quel punto, l’Universo si era già espanso a un volume tale che il gas, ormai più diffuso, non era più in grado di ostacolare la propagazione della luce.

Circa un miliardo di anni dopo il Big Bang, con la conclusione del periodo noto come alba cosmica, l’Universo era completamente reionizzato. Le luci si erano finalmente accese, illuminando il Cosmo. Tuttavia, la natura stessa dell’alba cosmica, così remota e intrinsecamente fioca nel tempo e nello spazio, ha reso estremamente difficile per gli scienziati scrutare questa fase cruciale.

Inizialmente, si riteneva che le fonti responsabili di questa “schiarita” dovessero essere oggetti di grande intensità: si pensava a enormi buchi neri, la cui accrescimento produce una luce accecante, o a grandi galassie in piena formazione stellare, dato che le stelle appena nate emettono una quantità significativa di luce ultravioletta.

Il James Webb Space Telescope (JWST) è stato specificamente progettato, in parte, proprio per penetrare il velo dell’alba cosmica e rivelare i suoi segreti. Ha avuto un successo straordinario in questa missione, portando alla luce ogni sorta di scoperte sorprendenti su questo periodo formativo per il nostro Universo. Contrariamente alle aspettative iniziali, le osservazioni del telescopio suggeriscono ora che le galassie nane siano, in realtà, il protagonista chiave del processo di reionizzazione. Questa inattesa scoperta ribalta le teorie precedenti e apre nuove prospettive sulla comprensione di come il cosmo sia passato dall’oscurità più profonda alla luminosità che osserviamo oggi.

La luminescenza inaspettata delle galassie nane

Un team internazionale di ricercatori, sotto la guida dell’astrofisico Hakim Atek dell’Institut d’Astrophysique de Paris, ha fatto progressi significativi nella comprensione dell’alba cosmica, basandosi su dati cruciali del James Webb Space Telescope (JWST) relativi a un ammasso di galassie noto come Abell 2744, con il supporto di dati storici del telescopio Hubble. Abell 2744 è un ammasso di galassie così denso che la sua gravità deforma lo spazio-tempo circostante, creando una lente cosmica naturale. Questo effetto magnifico agisce come un gigantesco obiettivo, amplificando la luce proveniente da sorgenti lontane e permettendo ai ricercatori di osservare minuscole galassie nane situate proprio nell’epoca dell’alba cosmica.

Dopo aver sfruttato questa lente naturale, il team ha utilizzato il JWST per ottenere spettri dettagliati di queste minuscole galassie. La loro analisi ha rivelato un dato sorprendente: non solo queste galassie nane rappresentano il tipo di galassia più abbondante nell’Universo primordiale, ma sono anche molto più luminose del previsto. In effetti, la ricerca del team dimostra che le galassie nane superano in numero le galassie più grandi con un rapporto di 100 a 1 e la loro emissione collettiva di radiazione ionizzante è ben quattro volte superiore a quella tradizionalmente attribuita alle galassie di massa maggiore.

“Queste centrali cosmiche emettono collettivamente più che sufficiente energia per portare a termine il lavoro“, ha affermato Atek, riferendosi al processo di reionizzazione. “Nonostante le loro dimensioni ridotte, queste galassie di piccola massa sono prolifiche produttrici di radiazioni energetiche e la loro abbondanza durante questo periodo è così sostanziale che la loro influenza collettiva può trasformare l’intero stato dell’Universo“.

Questa scoperta rappresenta la prova più solida finora della forza trainante dietro la reionizzazione. Tuttavia, il lavoro è tutt’altro che concluso. I ricercatori hanno osservato solo una piccola porzione di cielo e dovranno assicurarsi che il loro campione non sia un ammasso anomalo di galassie nane, ma rappresenti fedelmente l’intera popolazione all’alba cosmica.

Il prossimo passo sarà studiare altre regioni del cielo che presentano lenti cosmiche, al fine di ottenere un campione più ampio e rappresentativo delle popolazioni galattiche primordiali. Nonostante la necessità di ulteriori indagini, i risultati ottenuti finora su questo primo campione sono incredibilmente entusiasmanti.Gli scienziati hanno cercato risposte sulla reionizzazione fin da quando hanno iniziato a comprenderne l’importanza, e ora siamo sull’orlo di dissipare finalmente questa nebbia cosmica. Come ha sintetizzato l’astrofisica Themiya Nanayakkara della Swinburne University of Technology in Australia: “Con il JWST siamo entrati in un territorio inesplorato. Questo lavoro solleva interrogativi ancora più interessanti a cui dobbiamo rispondere nel nostro tentativo di tracciare la storia evolutiva delle nostre origini“.

La ricerca è stata pubblicata su Nature.