Grandi differenze nella "nebbia" dell'universo primordiale sono state causate da isole di gas freddo lasciate indietro quando l'universo si è riscaldato dopo il big bang, secondo un team internazionale di astronomi.

I risultati, riportato in Avvisi mensili della Royal Astronomical Society , hanno permesso agli astronomi di concentrarsi sul momento in cui la reionizzazione è terminata e l'universo è emerso da uno stato freddo e oscuro per diventare quello che è oggi:pieno di gas idrogeno caldo e ionizzato che permea lo spazio tra le galassie luminose.

Il gas idrogeno attenua la luce delle galassie lontane proprio come i lampioni stradali sono oscurati dalla nebbia in una mattina d'inverno. Osservando questo oscuramento negli spettri di un tipo speciale di galassie luminose, chiamati quasar, gli astronomi possono studiare le condizioni nell'universo primordiale.

Negli ultimi anni, le osservazioni di questo specifico modello di oscuramento (chiamato foresta Lyman-alfa) hanno suggerito che la nebbiolina dell'universo varia significativamente da una parte all'altra dell'universo, ma la ragione di queste variazioni era sconosciuta.

"Ci aspettavamo che la luce dei quasar variasse da un luogo all'altro al massimo di un fattore due in questo momento, ma si vede variare di un fattore di circa 500, " ha detto l'autore principale Girish Kulkarni, che ha completato la ricerca mentre era ricercatore post-dottorato presso l'Università di Cambridge. "Sono state avanzate alcune ipotesi sul perché sia ​​così, ma nessuno era soddisfacente."

Il nuovo studio conclude che queste variazioni derivano da vaste regioni piene di gas idrogeno freddo presente nell'universo quando aveva appena un miliardo di anni, un risultato che consente ai ricercatori di individuare quando la reionizzazione è terminata.

Durante la reionizzazione, quando l'universo è passato fuori dai "secoli bui" cosmici, lo spazio tra le galassie è stato riempito con un plasma di idrogeno ionizzato con una temperatura di circa 10, 000˚C. Questo è sconcertante perché cinquanta milioni di anni dopo il big bang, l'universo era freddo e buio. Conteneva gas con temperature solo di pochi gradi sopra lo zero assoluto, e niente stelle e galassie luminose. Com'è allora che oggi, circa 13,6 miliardi di anni dopo, l'universo è immerso nella luce delle stelle in una varietà di galassie, e il gas è mille volte più caldo?

Rispondere a questa domanda è stato un obiettivo importante della ricerca cosmologica negli ultimi due decenni. Le conclusioni del nuovo studio suggeriscono che la reionizzazione è avvenuta 1,1 miliardi di anni dopo il big bang (o 12,7 miliardi di anni fa), un po' più tardi di quanto si pensasse.

Il team di ricercatori dall'India, il Regno Unito, Canada, Germania, e la Francia hanno tratto le loro conclusioni con l'aiuto di simulazioni al computer all'avanguardia eseguite su supercomputer con sede presso le Università di Cambridge, Durham, e Parigi, finanziato dallo Science and Technology Facilities Council (STFC) del Regno Unito e dalla Partnership for Advanced Computing in Europe (PRACE).

"Quando l'universo aveva 1,1 miliardi di anni c'erano ancora grandi sacche del cosmo dove il gas tra le galassie era ancora freddo e sono queste isole neutre di gas freddo che spiegano le sconcertanti osservazioni, ", ha affermato Martin Haehnelt dell'Università di Cambridge, che ha guidato il gruppo che ha condotto questa ricerca, sostenuto da finanziamenti del Consiglio europeo della ricerca (CER).

"Questo ci consente finalmente di individuare la fine della reionizzazione in modo molto più accurato di prima, ", ha affermato Laura Keating del Canadian Institute of Theoretical Astrophysics.

Il nuovo studio suggerisce che l'universo è stato reionizzato dalla luce delle giovani stelle nelle prime galassie che si sono formate.

"La reionizzazione tardiva è anche una buona notizia per futuri esperimenti che mirano a rilevare l'idrogeno neutro dall'universo primordiale, " disse Kulkarni, che ora ha sede presso il Tata Institute of Fundamental Research in India. "Più tardi la reionizzazione, più facile sarà che questi esperimenti abbiano successo."

Uno di questi esperimenti è lo Square Kilometer Array (SKA) di dieci nazioni di cui Canada, Francia, India, e il Regno Unito sono membri.