Per la prima volta, gli astronomi hanno utilizzato un telescopio terrestre per osservare la luce a microonde polarizzata proveniente dall’epoca più remota dell’universo. Le loro osservazioni potrebbero consentire loro di comprendere meglio come si è evoluto l’universo. Per la prima volta, gli scienziati hanno utilizzato telescopi terrestri per scrutare l’alba cosmica, un’era risalente a oltre 13 miliardi di anni fa, quando la luce delle prime stelle iniziò a rimodellare il nostro universo. La luce residua di questa epoca antica ha una lunghezza d’onda di pochi millimetri ed è estremamente debole, il che significa che, sebbene gli osservatori spaziali siano stati in grado di scrutarla, il segnale viene soffocato dalle radiazioni elettromagnetiche nell’atmosfera terrestre prima che i telescopi terrestri possano rilevare la luce primordiale.
CLASS scopre le tracce delle prime stelle nella luce del Big Bang
Ma ora, grazie all’utilizzo di un telescopio appositamente progettato, gli scienziati del progetto Cosmology Large Angular Scale Surveyor (CLASS) hanno rilevato tracce lasciate dalle prime stelle sulla luce di fondo del Big Bang. I risultati della loro ricerca sono stati pubblicati l’11 giugno su The Astrophysical Journal.
“Si pensava che fosse impossibile farlo da terra”, ha dichiarato in un comunicato il coautore dello studio Tobias Marriage, responsabile del progetto CLASS e professore di fisica e astronomia alla Johns Hopkins University. “L’astronomia è un campo limitato dalla tecnologia e i segnali a microonde provenienti dall’alba cosmica sono notoriamente difficili da misurare. Le osservazioni terrestri devono affrontare ulteriori sfide rispetto a quelle spaziali. Il superamento di questi ostacoli rende questa misurazione un risultato significativo”.
L’osservatorio CLASS si trova a un’altitudine di 5.138 metri sulle Ande, nel deserto di Atacama, nel nord del Cile. Il telescopio, che ha ottenuto la sua prima luce nel 2016, è sintonizzato per osservare il cielo alle frequenze delle microonde. Oltre a consentire di mappare il 75% del cielo notturno, la sensibilità senza precedenti del telescopio gli permette di ricevere segnali a microonde provenienti dall’alba cosmica, ovvero dal primo miliardo di anni di vita dell’universo.
Nei primi 380.000 anni dopo il Big Bang, l’universo era pieno di una nube di elettroni così densa che la luce non poteva attraversarla. Ma il nostro cosmo alla fine si è espanso e raffreddato, e gli elettroni sono stati catturati dai protoni per formare atomi di idrogeno.
Questi atomi di idrogeno non solo hanno permesso alla luce a lunghezza d’onda microonda di muoversi liberamente, riempiendo lo spazio con la radiazione cosmica di fondo (CMB), ma anche, dove era abbastanza densa, di collassare sotto la gravità e accendersi per formare le prime stelle. La luce di queste stelle ha poi reionizzato sacche di idrogeno gassoso non agglomerato, separando i loro elettroni in modo che alcuni entrassero in collisione con la luce della CMB, provocandone la polarizzazione.
Il segnale proveniente da questa porzione polarizzata della CMB è una parte fondamentale del puzzle cosmologico; senza di esso, la nostra immagine dell’universo primordiale rimarrebbe confusa.
E mentre gli sforzi dei telescopi spaziali del passato, come il Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) della NASA e il telescopio spaziale Planck dell’Agenzia Spaziale Europea, hanno colmato in parte questa lacuna, le loro immagini contengono rumore e, essendo satelliti, non possono essere modificate e migliorate una volta dispiegate in orbita.
“Misurare questo segnale di reionizzazione in modo più preciso è una frontiera importante della ricerca sulla radiazione cosmica di fondo”, ha dichiarato il coautore Charles Bennett, professore di fisica alla Johns Hopkins che ha guidato la missione spaziale WMAP.
Per arrivare a queste osservazioni, i ricercatori hanno confrontato i dati del telescopio CLASS con quelli delle missioni Planck e WMAP, restringendo il campo di ricerca a un segnale comune per la luce a microonde polarizzata.
“Per noi l’universo è come un laboratorio di fisica. Misurazioni più accurate dell’universo aiutano a perfezionare la nostra comprensione della materia oscura e dei neutrini, particelle abbondanti ma elusive che riempiono l’universo”, ha aggiunto Bennett. “Analizzando ulteriori dati CLASS in futuro, speriamo di raggiungere la massima precisione possibile”.
