La velocità della luce ci offre uno strumento straordinario per studiare l'universo. Perché la luce viaggia solo per soli 300, 000 chilometri al secondo, quando vediamo oggetti lontani, stiamo guardando indietro nel tempo.

Non vedi il sole com'è oggi, stai vedendo un sole di 8 minuti. Stai vedendo Betelgeuse, 642 anni. Andromeda di 2,5 milioni di anni. Infatti, puoi continuare a farlo, guardando più lontano, e più in profondità nel tempo. Poiché l'universo si sta espandendo oggi, era più vicino in passato.

Esegui l'orologio dell'universo all'indietro, proprio all'inizio, e arrivi in ​​un luogo che era più caldo e denso di quanto lo sia oggi. Così denso che l'intero universo poco dopo il Big Bang era solo una zuppa di protoni, neutroni ed elettroni, senza niente che li tenesse insieme.

Infatti, una volta che si è espanso e si è raffreddato un po', l'intero universo era semplicemente caldo e denso come il nucleo di una stella come il nostro sole. Era abbastanza freddo da permettere la formazione di atomi di idrogeno ionizzati.

Poiché l'universo ha le condizioni del nucleo di una stella, aveva la temperatura e la pressione per fondere effettivamente l'idrogeno in elio e altri elementi più pesanti. Sulla base del rapporto di quegli elementi che vediamo nell'universo oggi:74% di idrogeno, 25% elio e 1% vari, sappiamo per quanto tempo l'universo è stato in questa condizione "tutto l'universo è una stella".

È durato circa 17 minuti. Da 3 minuti dopo il Big Bang fino a circa 20 minuti dopo il Big Bang. In quei pochi, brevi momenti, i pagliacci hanno raccolto tutto l'elio di cui avrebbero mai avuto bisogno per perseguitarci con una vita di animali in mongolfiera.

Il processo di fusione genera fotoni di radiazioni gamma. Nel cuore del nostro sole, questi fotoni rimbalzano di atomo in atomo, alla fine uscendo dal nucleo, attraverso la zona radiante del sole, e infine nello spazio. Questo processo può richiedere decine di migliaia di anni. Ma nell'universo primordiale, non c'era nessun posto dove andare questi fotoni primordiali di radiazioni gamma. Ovunque era più caldo, universo denso.

L'universo continuava ad espandersi, e infine, solo poche centinaia di migliaia di anni dopo il Big Bang, l'universo era finalmente abbastanza freddo da permettere a questi atomi di idrogeno ed elio di attrarre elettroni liberi, trasformandoli in atomi neutri.

Questo fu il momento della prima luce nell'universo, tra 240, 000 e 300, 000 anni dopo il Big Bang, conosciuta come l'era della ricombinazione. La prima volta che i fotoni potevano riposare per un secondo, attaccati come elettroni agli atomi. Fu a questo punto che l'universo passò dall'essere totalmente opaco, al trasparente.

E questa è la prima luce possibile che gli astronomi possono vedere. Andare avanti, dillo con me:la radiazione cosmica di fondo a microonde. Poiché l'universo si è espanso nel corso dei 13,8 miliardi di anni da allora fino ad oggi, i primi fotoni erano distesi, o spostato verso il rosso, dalla luce ultravioletta e visibile all'estremità dello spettro delle microonde.

Se potessi vedere l'universo con occhi a microonde, vedresti quella prima esplosione di radiazioni in tutte le direzioni. L'universo che celebra la sua esistenza.

Dopo quel primo raggio di luce, tutto era buio, non c'erano né stelle né galassie, solo enormi quantità di questi elementi primordiali. All'inizio di questi secoli bui, la temperatura dell'intero universo era di circa 4000 kelvin. Confrontalo con i 2,7 kelvin che vediamo oggi. Alla fine dei secoli bui, 150 milioni di anni dopo, la temperatura era più ragionevole di 60 kelvin.

Per i prossimi 850 milioni di anni circa, questi elementi si unirono in stelle mostruose di puro idrogeno ed elio. Senza elementi più pesanti, erano liberi di formare stelle con dozzine o anche centinaia di volte la massa del nostro sole. Queste sono le stelle di Popolazione III, o le prime stelle, e non abbiamo ancora telescopi abbastanza potenti per vederli. Gli astronomi stimano indirettamente che quelle prime stelle si siano formate circa 560 milioni di anni dopo il Big Bang.

Quindi, quelle prime stelle esplosero come supernovae, si formarono stelle più massicce e anche loro esplosero. È davvero difficile immaginare come doveva essere quel tempo, con le stelle che si spengono come fuochi d'artificio. Ma sappiamo che era così comune e così violento da illuminare l'intero universo in un'era chiamata reionizzazione. La maggior parte dell'universo era plasma caldo.

L'universo primordiale era caldo e terribile, e non c'erano molti degli elementi più pesanti da cui dipende la vita come la conosciamo. Pensaci. Non puoi ottenere ossigeno senza fusione in una stella, anche più generazioni. Il nostro sistema solare è il risultato di diverse generazioni di supernovae esplose, seminando la nostra regione con elementi sempre più pesanti.

Come ho detto prima nell'articolo, l'universo si è raffreddato da 4000 kelvin fino a 60 kelvin. Circa 10 milioni di anni dopo il Big Bang, la temperatura dell'universo era di 100 C, il punto di ebollizione dell'acqua. E poi 7 milioni di anni dopo, era sceso a 0 C, il punto di congelamento dell'acqua.

Ciò ha portato gli astronomi a teorizzare che per circa 7 milioni di anni, l'acqua liquida era presente in tutto l'universo... ovunque. E ovunque troviamo acqua liquida sulla Terra, troviamo la vita.

Quindi è possibile, possibile che la vita primitiva possa essersi formata con l'universo avesse solo 10 milioni di anni. Il fisico Avi Loeb chiama questa epoca abitabile dell'universo. Nessuna prova, ma è una bella idea a cui pensare.

Trovo sempre che sia assolutamente strano pensare che intorno a noi in ogni direzione ci sia la prima luce dell'universo. Ci sono voluti 13,8 miliardi di anni per raggiungerci, e anche se abbiamo bisogno di occhi a microonde per vederlo davvero, È lì, da tutte le parti.