Finalmente sappiamo cosa ha portato la luce nel vuoto oscuro e informe dell'universo primordiale.
Secondo i dati dei telescopi spaziali Hubble e James Webb, all’origine dei fotoni che volavano liberi all’inizio dell’alba cosmica c’erano piccole galassie nane che si accendevano di vita, spazzando via la misteriosa nebbia di idrogeno che riempiva lo spazio intergalattico.
“Questa scoperta rivela il ruolo cruciale svolto dalle galassie molto deboli nell’evoluzione dell’universo primordiale”. dice l'astrofisica Irina Chemerinska Istituto di Astrofisica di Parigi.
“Producono fotoni ionizzanti che convertono l'idrogeno neutro in plasma ionizzato durante la reionizzazione cosmica. Ciò evidenzia l'importanza di comprendere le galassie di piccola massa nel plasmare la storia dell'universo.”
All'inizio dell'universo, pochi minuti dopo il Big Bang, lo spazio era pieno di una nebbia calda e densa di plasma ionizzato. La poca luce che c'era non sarebbe penetrata in quella nebbia; In poche parole, i fotoni verrebbero dispersi dagli elettroni liberi che fluttuano intorno, rendendo di fatto l’universo oscuro.
Quando l'universo si raffreddò, dopo circa 300.000 anni, protoni ed elettroni cominciarono a riunirsi per formare idrogeno neutro (e un po' di elio). La maggior parte delle lunghezze d’onda della luce potevano penetrare questo mezzo neutro, ma c’erano pochissime fonti di luce per produrlo. Ma dall'idrogeno e dall'elio nacquero le prime stelle.
Quelle prime stelle fornivano una radiazione abbastanza forte da allontanare gli elettroni dai nuclei e reionizzare il gas. Tuttavia, a questo punto, l’universo si era espanso così tanto che il gas si era sparso e non poteva impedire alla luce di brillare. Circa un miliardo di anni dopo il Big Bang, la fine del periodo conosciuto come l’alba cosmica, l’universo fu completamente reionizzato. Ta-da! Le luci erano accese.
Ma poiché c’è così tanta oscurità nell’alba cosmica, e poiché è così debole e distante nel tempo e nello spazio, abbiamo difficoltà a vedere cosa c’è. Gli scienziati pensavano che le fonti responsabili di gran parte di questo vuoto dovessero essere potenti: enormi buchi neri la cui accrescimento produce luce brillante, per esempio, e enormi galassie nel bel mezzo della formazione stellare (le piccole stelle producono molta luce ultravioletta).
Il telescopio spaziale James Webb è stato progettato in parte per scrutare l'alba cosmica e cercare di vedere cosa si nasconde lì. Ha avuto molto successo, rivelando ogni sorta di sorprese su questo momento cruciale nella formazione del nostro universo. Sorprendentemente, le osservazioni al telescopio ora indicano che le galassie nane sono le principali protagoniste della reionizzazione.
Un team internazionale guidato dall'astrofisico Hakim Atiq dell'Istituto di Astrofisica di Parigi si è rivolto ai dati del telescopio spaziale James Webb su un ammasso di galassie chiamato Abell 2744, integrati dai dati di Hubble. Abell 2744 è così denso che lo spaziotempo lo avvolge, formando una lente cosmica; Qualsiasi luce distante che viaggia verso di noi attraverso lo spazio-tempo viene amplificata. Ciò ha permesso ai ricercatori di vedere piccole galassie nane vicine all’alba cosmica.
Hanno poi utilizzato il telescopio spaziale James Webb per ottenere spettri dettagliati di queste piccole galassie. La loro analisi ha rivelato che queste galassie nane non solo sono il tipo di galassia più abbondante nell’universo primordiale, ma sono anche molto più luminose del previsto. In effetti, la ricerca del team mostra che le galassie nane superano in numero le galassie grandi in un rapporto di 100 a uno, e che la loro emissione collettiva è quattro volte la radiazione ionizzante normalmente assunta per le galassie più massicce.
“Combinate, queste forze cosmiche emettono energia sufficiente per portare a termine il lavoro”. Atik dice. “Nonostante le loro piccole dimensioni, queste galassie di piccola massa producono radiazioni energetiche in abbondanza, e la loro abbondanza durante questo periodo è così grande che il loro impatto collettivo potrebbe cambiare l’intero stato dell’universo”.
È la migliore prova finora del potere dietro la reionizzazione, ma c'è ancora molto lavoro da fare. I ricercatori hanno osservato una piccola porzione di cielo; Devono assicurarsi che il loro campione non sia solo un insieme anomalo di galassie nane, ma un campione rappresentativo dell’intera popolazione all’alba cosmica.
Intendono studiare più regioni delle lenti cosmiche nel cielo per ottenere un campione più ampio dei primi ammassi di galassie. Ma proprio in questo campione, i risultati sono stati incredibilmente drammatici. Gli scienziati sono alla ricerca di risposte sulla reionizzazione da quando ne siamo a conoscenza. Siamo sul punto di sollevare finalmente la nebbia.
“Siamo ora entrati in un territorio inesplorato con il telescopio spaziale James Webb”. dice l'astrofisico Thimya Nanayakkara Dalla Swinburne University of Technology in Australia.
“Questo lavoro apre domande più interessanti a cui dobbiamo rispondere nei nostri sforzi per tracciare la storia evolutiva dei nostri inizi”.
La ricerca è stata pubblicata in natura.
