Ecco cosa ha portato la luce nell’Universo primordiale

Una nuova ricerca ha rivelato cosa ha portato la luce nell’Universo primordiale. Secondo i dati dei telescopi spaziali Hubble e James Webb, le origini dei fotoni in volo libero all’alba cosmica erano piccole galassie nane che si sono illuminate, diradando la nebbia di idrogeno che riempiva lo Spazio intergalattico.

La luce nell’Universo primordiale

“Questa scoperta ha svelato il ruolo cruciale svolto dalle galassie ultra-deboli nell’evoluzione dell’Universo primordiale”, ha affermato l’astrofisica Iryna Chemerynska dell’Institut d’Astrophysique de Paris.

“Producono fotoni ionizzanti che trasformano l’idrogeno neutro in plasma ionizzato durante la reionizzazione cosmica. Questo ha sottolineato l’importanza di comprendere le galassie di piccola massa nel plasmare la storia dell’Universo”.

All’inizio dell’Universo, a pochi minuti dal Big Ban, lo Spazio era caratterizzato da una nebbia calda e densa di plasma ionizzato. La poca luce che c’era non avrebbe penetrato questa nebbia. I fotoni si sarebbero semplicemente dispersi dagli elettroni liberi che fluttuavano intorno, rendendo di fatto l’Universo buio.

La ricerca

Mentre l’Universo si raffreddava, dopo circa 300.000 anni, protoni ed elettroni iniziarono a unirsi per formare gas idrogeno neutro (e un po’ di elio). La maggior parte delle lunghezze d’onda della luce poteva penetrare questo mezzo neutro, ma c’erano ben poche fonti di luce per produrlo, ma da questo idrogeno ed elio nacquero le prime stelle.

Quelle prime stelle emettevano radiazioni abbastanza forti da staccare gli elettroni dai loro nuclei e reionizzare il gas. A questo punto, tuttavia, l’Universo si era espanso così tanto che il gas era diffuso e non poteva impedire alla luce di brillare. Circa 1 miliardo di anni dopo il Big Bang, la fine del periodo noto come alba cosmica, l’Universo era completamente reionizzato.

Poiché c’è così tanta oscurità nell’alba cosmica, e poiché è così fioca e lontana nel tempo e nello Spazio, abbiamo avuto difficoltà a vedere cosa c’è lì. Gli scienziati hanno ipotizzato che le fonti responsabili della maggior parte della radura dovessero essere state potenti: enormi buchi neri il cui accrescimento produce una luce abbagliante, per esempio, e grandi galassie nel pieno della formazione stellare (le stelle neonate producono molta luce UV).

JWST è stato progettato, in parte, per scrutare l’alba cosmica e cercare di vedere cosa vi si nasconde. Ha avuto molto successo, rivelando ogni sorta di sorpresa su questo momento cruciale nella formazione del nostro Universo. Sorprendentemente, le osservazioni del telescopio ora suggeriscono che le galassie nane sono l’attore chiave nella reionizzazione.

Un team internazionale guidato dall’astrofisico Hakim Atek dell’Institut d’Astrophysique de Paris si è rivolto ai dati JWST su un ammasso di galassie chiamato Abell 2744, supportati dai dati di Hubble. Abell 2744 è così denso che lo spazio-tempo si deforma attorno ad esso, formando una lente cosmica. Qualsiasi luce lontana che viaggia verso di noi attraverso quello spazio-tempo è più visibile. Questo ha permesso ai ricercatori di vedere minuscole galassie nane vicine all’alba cosmica.

Quindi, hanno utilizzato JWST per ottenere spettri dettagliati di queste piccole galassie. La loro analisi ha rivelato che, non solo queste galassie nane sono il tipo di galassia più abbondante nell’Universo primordiale, ma sono anche molto più luminose del previsto. Infatti, la ricerca del team ha dimostrato che le galassie nane superano in numero le galassie grandi di 100 a 1 e la loro produzione collettiva è quattro volte la radiazione ionizzante solitamente assunta per le galassie più grandi.

“Queste centrali cosmiche emettono collettivamente più che sufficiente energia per portare a termine il lavoro“, ha detto Atek: “Nonostante le loro piccole dimensioni, 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“.

È la prova migliore finora della forza dietro la reionizzazione, ma c’è ancora molto lavoro da fare. I ricercatori hanno osservato una piccola porzione di cielo e devono assicurarsi che il loro campione non sia solo un ammasso anomalo di galassie nane, ma un campione rappresentativo dell’intera popolazione nell’alba cosmica.

Gli scienziati hanno intenzione di studiare più regioni di lenti cosmiche del cielo per ottenere un campione più ampio di popolazioni galattiche primordiali, ma solo su questo campione, i risultati sono incredibilmente entusiasmanti. Gli scienziati hanno inseguito risposte sulla reionizzazione da quando ne siamo a conoscenza.

Conclusioni

“Con il JWST siamo entrati in un territorio inesplorato“, ha affermato l’astrofisica Themiya Nanayakkara della Swinburne University of Technology in Australia.

“Questo lavoro solleva altre interessanti domande a cui dobbiamo rispondere nel nostro tentativo di tracciare la storia evolutiva delle nostre origini“.

La ricerca è stata pubblicata su Nature.