Un segnale causato dalle primissime stelle che si sono formate nell'universo è stato raccolto da un minuscolo ma altamente specializzato radiotelescopio nel remoto deserto dell'Australia occidentale.

I dettagli del rilevamento sono rivelati in un articolo pubblicato oggi su Nature e ci dice che queste stelle si sono formate solo 180 milioni di anni dopo il Big Bang.

È potenzialmente una delle scoperte astronomiche più emozionanti del decennio. Un secondo articolo su Nature pubblicato oggi collega la scoperta forse alla prima prova rilevata che la materia oscura, pensato per costituire gran parte dell'universo, potrebbe interagire con atomi ordinari.

Sintonizzazione sul segnale

Questa scoperta è stata fatta da una piccola antenna radio operante nella banda dei 50-100Mhz, che si sovrappone ad alcune ben note stazioni radio FM (motivo per cui il telescopio si trova nel remoto deserto del WA).

Ciò che è stato rilevato è l'assorbimento della luce da parte del gas idrogeno atomico neutro, che ha riempito l'universo primordiale dopo essersi raffreddato dal plasma caldo del Big Bang.

In questo momento (180 milioni di anni dopo il Big Bang) l'universo primordiale si stava espandendo, ma le regioni più dense dell'universo stavano collassando sotto la gravità per formare le prime stelle.

La formazione delle prime stelle ha avuto un effetto drammatico sul resto dell'universo. La radiazione ultravioletta da loro ha cambiato lo spin degli elettroni negli atomi di idrogeno, facendolo assorbire l'emissione radio di fondo dell'universo a una frequenza di risonanza naturale di 1, 420MHz, gettare un'ombra per così dire.

Ora, 13 miliardi di anni dopo, ci si aspetterebbe quell'ombra a una frequenza molto più bassa perché l'universo si è espanso di quasi 18 volte in quel periodo.

Un primo risultato

Gli astronomi prevedevano questo fenomeno da quasi 20 anni e lo cercavano da dieci anni. Nessuno sapeva quanto fosse forte il segnale oa quale frequenza cercare.

La maggior parte si aspettava che ci sarebbero voluti parecchi anni in più dopo il 2018.

Ma l'ombra è stata rilevata a 78 MHz da un team guidato dall'astronomo Judd Bowman dell'Arizona State University.

Sorprendentemente questo rilevamento del segnale radio nel 2015-2016 è stato effettuato da una piccola antenna (l'esperimento EDGES), solo pochi metri di ampiezza, accoppiato a un ricevitore radio molto intelligente e un sistema di elaborazione del segnale. È stato pubblicato solo ora dopo un controllo rigoroso.

Questa è la scoperta astronomica più importante dal rilevamento delle onde gravitazionali nel 2015. Le prime stelle rappresentano l'inizio di tutto ciò che è complesso nell'universo, l'inizio del lungo viaggio verso le galassie, sistemi solari, pianeti, vita e cervello.

Rilevare la loro firma è una pietra miliare e fissare l'ora esatta della loro formazione è una misura importante per la cosmologia.

Questo è un risultato sorprendente. Ma c'è di meglio e ancora più misterioso ed eccitante.

Prove di materia oscura?

Il segnale è due volte più forte del previsto, ecco perché è stato rilevato così presto. Nel secondo articolo su Nature, l'astronomo Rennan Barkana, dell'Università di Tel Aviv, ha detto che è abbastanza difficile spiegare perché il segnale è così forte, come ci dice, il gas idrogeno in questo momento è significativamente più freddo di quanto previsto nel modello standard dell'evoluzione cosmica.

Agli astronomi piace introdurre nuovi tipi di oggetti esotici per spiegare le cose (ad esempio stelle supermassicce, buchi neri) ma questi generalmente producono radiazioni che invece rendono le cose più calde.

Come rendi gli atomi più freddi? Devi metterli a contatto termico con qualcosa di ancora più freddo, e il sospetto più praticabile è ciò che è noto come materia oscura fredda.

La materia oscura fredda è il fondamento della cosmologia moderna. È stato introdotto negli anni '80 per spiegare come ruotano le galassie:sembravano ruotare molto più velocemente di quanto potesse essere spiegato dalle stelle visibili ed era necessaria una forza gravitazionale extra.

Ora pensiamo che la materia oscura debba essere costituita da un nuovo tipo di particella fondamentale. C'è circa sei volte più materia oscura della materia ordinaria e se fosse stato composto da atomi normali il Big Bang sarebbe apparso molto diverso da quello che si osserva.

Quanto alla natura di questa particella, e la sua massa, possiamo solo indovinare.

Quindi, se la materia oscura fredda sta davvero collidendo con gli atomi di idrogeno nell'universo primordiale e li raffredda, questo è un grande progresso e potrebbe portarci a definire la sua vera natura. Questa sarebbe la prima volta che la materia oscura ha dimostrato un'interazione diversa dalla gravità.

Ecco il "ma"

Una nota di cautela è giustificata. Questo segnale di idrogeno è molto difficile da rilevare:è migliaia di volte più debole del rumore radio di fondo anche per la remota località dell'Australia occidentale.

Gli autori del primo articolo su Nature hanno trascorso più di un anno a fare una moltitudine di test e controlli per assicurarsi di non aver commesso un errore. La sensibilità della loro antenna deve essere squisitamente calibrata su tutta la banda passante. Il rilevamento è un risultato tecnico impressionante, ma gli astronomi di tutto il mondo terranno il fiato sospeso finché il risultato non sarà confermato da un esperimento indipendente.

Se sarà confermato, questo aprirà la porta a una nuova finestra sull'universo primordiale e potenzialmente a una nuova comprensione della natura della materia oscura, fornendo una nuova finestra di osservazione su di essa.

Questo segnale è stato rilevato proveniente da tutto il cielo, ma in futuro potrà essere mappato nel cielo, ei dettagli delle strutture nelle mappe ci darebbero quindi ancora più informazioni sulle proprietà fisiche della materia oscura.

Altre osservazioni sul deserto

Le pubblicazioni di oggi sono notizie entusiasmanti per l'Australia in particolare. L'Australia occidentale è la zona più radiofonica del mondo, e sarà la posizione privilegiata per future osservazioni cartografiche. Il Murchison Widefield Array è in funzione in questo momento, e futuri aggiornamenti potrebbero fornire esattamente una tale mappa.

Questo è anche un importante obiettivo scientifico del multimiliardario Square Kilometer Array, situato nell'Australia occidentale, che dovrebbe essere in grado di fornire immagini di fedeltà molto maggiore di questa epoca.

È estremamente eccitante aspettarsi un momento in cui saremo in grado di rivelare la natura delle prime stelle e di avere un nuovo approccio tramite la radioastronomia per affrontare la materia oscura, che finora si è rivelato intrattabile.

Speriamo che i governi del mondo, o almeno l'Australia, può mantenere la frequenza di 78 MHz pulita dalla musica pop e dai talk show in modo da poter continuare ad osservare la nascita dell'universo.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.