Un team di astronomi ha sviluppato un metodo che consente di «vedere» attraverso la nebbia dell’Universo primordiale e di rilevare la luce delle prime stelle e galassie.
Sotto l’egida dell’Università di Cambridge, i ricercatori hanno sviluppato una metodologia che consentirà loro di osservare e studiare le prime stelle attraverso le nubi di idrogeno che hanno riempito l’universo circa 378.000 anni dopo il Big Bang.
Lo Square Kilometer Array (SKA) è un telescopio di nuova generazione che sarà completato entro la fine del decennio. Probabilmente sarà in grado di realizzare immagini della prima luce dell’Universo. Per i telescopi attuali, la difficoltà consiste nel rilevare i segnali cosmologici provenienti dalle stelle attraverso le dense nubi di idrogeno.
L’uso stesso di un radiotelescopio crea distorsioni nel segnale ricevuto, che possono oscurare completamente il segnale cosmologico desiderato. Nella moderna radiocosmologia, questo è un compito estremamente difficile. Tali distorsioni sono considerate un ostacolo importante in questo tipo di osservazione.
Ora, sotto l’egida di Cambridge, un team di scienziati ha sviluppato una metodologia che permette di vedere attraverso le nuvole primarie e altri segnali di rumore del cielo, evitando le distorsioni introdotte dal radiotelescopio. La loro metodologia fa parte dell’esperimento REACH (Radio Experiment for Analysis of Cosmic Hydrogen). Permetterà agli astronomi di osservare le prime stelle attraverso la loro interazione con le nubi di idrogeno. Il processo è simile a quello di indovinare un paesaggio dai contorni nella nebbia.
Il loro metodo migliorerà la qualità e l’affidabilità delle osservazioni di questo momento chiave e inesplorato dell’evoluzione dell’Universo. Le prime osservazioni REACH sono attese per la fine dell’anno.
Nel 2018, un altro gruppo di ricerca (che ha condotto il «Global Reionisation Epoch Signature Detection Experiment» o EDGES) ha pubblicato un risultato che accennava a un possibile rilevamento di questa prima luce, ma gli astronomi non sono stati in grado di replicare il risultato e tutti hanno iniziato a credere che il risultato iniziale potesse essere dovuto a un’interferenza del telescopio utilizzato.
Per studiare questo periodo dell’evoluzione dell’Universo, spesso chiamato Alba Cosmica, gli astronomi stanno studiando la firma di emissione elettromagnetica dell’idrogeno nell’Universo primordiale, che si presenta come una linea di 21 centimetri. Sono alla ricerca di un segnale radio che mostri il contrasto tra l’emissione dell’idrogeno stesso e la radiazione dietro la foschia di idrogeno.
La metodologia, sviluppata dal dottor Eloy de Lera Acedo e dai colleghi dell’Università di Cambridge, utilizza la statistica bayesiana per individuare il segnale cosmologico in presenza di interferenze del telescopio e il rumore celeste generale per separare questi segnali.
Ha utilizzato tecniche e tecnologie all’avanguardia provenienti da diversi settori.
I ricercatori hanno utilizzato la modellazione per simulare un’osservazione reale utilizzando più antenne, il che migliorerebbe l’affidabilità dei dati — le prime osservazioni si basavano su una singola antenna.
«Il nostro metodo analizza congiuntamente i dati provenienti da più antenne su una gamma di frequenze più ampia rispetto agli strumenti equivalenti attuali. Questo approccio ci fornirà le informazioni necessarie per l’analisi bayesiana dei dati», ha dichiarato de Lera Acedo.
«In sostanza, abbiamo abbandonato le strategie di progettazione tradizionali e ci siamo concentrati sullo sviluppo di un telescopio adatto al nostro piano di analisi dei dati, una sorta di progettazione inversa. Questo potrebbe aiutarci a indagare su aspetti come l’alba cosmica o l’era della reionizzazione, quando l’idrogeno nell’universo si è reiventato».
Il telescopio è attualmente in fase di completamento presso il sito radio di Karoo, in Sudafrica. Il sito è stato scelto per le sue eccellenti condizioni per le osservazioni radio del cielo. È lontana dalle interferenze di radiofrequenza prodotte dall’uomo, come i segnali radiofonici televisivi e FM.
Il professor de Villiers, uno dei responsabili del progetto presso l’Università di Stellenbosch in Sudafrica, ha dichiarato: «Sebbene la tecnologia dell’antenna di questo strumento sia piuttosto semplice, le condizioni di impiego difficili e remote, nonché le rigide tolleranze di produzione, rendono difficile lavorare a questo progetto.
«Saremo entusiasti di vedere le prestazioni del sistema e abbiamo piena fiducia nella possibilità di rendere possibile questo rilevamento».
Il Big Bang e i primi periodi dell’Universo sono stati ben studiati attraverso lo studio della radiazione cosmica di fondo a microonde (CMB). L’evoluzione tardiva e su larga scala delle stelle e di altri oggetti celesti è stata studiata ancora meglio. Ma il momento della formazione della prima luce nel cosmo è un tassello fondamentale mancante nel puzzle della storia dell’Universo.
