Molti milioni di anni prima che le stelle primordiali si accendessero, l’universo era immerso nel buio. La tenebra iniziata 380.000 anni dopo il Big Bang e protrattasi per centinaia di milioni di anni, è chiamata era oscura e rappresenta un lungo lasso di tempo in cui l’universo era privo di tutto quello che oggi osserviamo: pianeti, soli, galassie, vita. In quella strana era esisteva solo una nebbia di atomi di idrogeno forgiata dal Big Bang e abbandonata a se stessa nell’oscurità.
Oltre 13 miliardi di anni dopo i telescopi realizzati dagli esseri umani stanno cercando di intravedere l’idrogeno primordiale (noto come l’idrogeno neutro) allo scopo di individuare la fine del buio decretata dalla nascita delle prime stelle. Ma, mentre quegli atomi primordiali rimangono fuori portata, un team di ricercatori nell’entroterra australiano potrebbe essersi avvicinato ad afferrarli come mai prima d’ora.
Il team di astronomi ha usato il radiotelescopio Murchison Widefield Array (MWA) per gettare uno sguardo nel lontano passato dell’universo alla ricerca della lunghezza d’onda caratteristica dell’idrogeno neutro. Nonostante i tentativi non hanno trovato quello che stavano cercando, tuttavia, utilizzando nuove impostazioni sull’array recentemente aggiornato, il team ha determinato il limite più basso di sempre per la potenza del segnale dell’idrogeno neutro. Il nuovo studio è stato pubblicato sul database di prestampa arXiv e presto apparirà nell’Astrophysical Journal.
“Possiamo affermare con sicurezza che se il segnale dell’idrogeno neutro fosse più forte del limite fissato nel documento, il telescopio lo avrebbe rilevato“, ha dichiarato il co-autore dello studio Jonathan Pober, assistente professore di fisica alla Brown University di Rhode Island. Ciò significa che la caccia a queste molecole primordiali continua e ora i ricercatori sanno che le impronte dell’idrogeno neutro sono ancora più deboli del previsto.
I primi atomi
L’universo neonato era cosi energetico che gli atomi erano presenti sotto forma di nuclei caricati positivamente, separati dagli elettroni. Il primo di questi atomi era lo ione idrogeno.
Nel corso di centinaia di migliaia di anni, la temperatura è scesa e l’universo si è espanso in modo tale da consentire agli ioni idrogeno di catturare gli elettroni trasformandosi in atomi neutri. Si ritiene che questi atomi di idrogeno neutri siano la caratteristica dominante dell’era oscura (in seguito, gli atomi si sono aggregati per formare le prime stelle, e gli atomi rimanenti sono stati nuovamente ionizzati dall’energia irradiata dalle stelle primordiali).
L’idrogeno neutro emette radiazioni a una lunghezza d’onda ben precisa di 21 centimetri, tuttavia, poiché l’universo si è espanso negli ultimi 13 miliardi di anni, anche queste lunghezze d’onda si sono allungate. Gli autori del nuovo studio hanno stimato che la lunghezza d’onda dell’idrogeno neutro si è allungata a circa 2 metri, e questo è il segnale che hanno cercato nei cieli con MWA. Il problema è che ci sono molte fonti (sia artificiali che naturali) che irradiano alla stessa lunghezza d’onda.
“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“.
Per questo, Pober e i suoi colleghi hanno scritto una serie di equazioni per identificare e eliminare questi segnali che potenzialmente potrebbero contaminare le loro osservazioni. Dopo aver scattato più di 1.200 istantanee di onde radio del cielo, i ricercatori hanno stabilito che ogni traccia di emissioni di 2 metri trovata aveva un’origine diversa dall’idrogeno neutro che stavano cercando.
Mentre il prezioso segnale atomico rimane da scoprire, la nuova ricerca riesce a restringere il campo delle future ricerche dell’idrogeno neutro. Secondo i ricercatori, questi risultati dimostrano chiaramente che gli esperimenti del MWA stanno portando la ricerca sulla strada giusta.
Con ulteriori ricerche, le ultime reliquie degli oscuri secoli cosmici potrebbero presto essere portate alla luce.
