L’idrogeno rivelato a 4,5 miliardi di anni fa
Nuova misurazione dell’idrogeno nell’universo giovane apre strade per comprendere l’espansione e la struttura dell’universo.
Un segnale chiave per comprendere l’universo
Un segnale radio emesso circa 4,5 miliardi di anni fa ha offerto nuove opportunità per ricostruire la struttura dell’universo. La misurazione, pubblicata di recente sulla rivista *Monthly Notices of the Royal Astronomical Society*, è il risultato del lavoro della collaborazione internazionale MeerKlass. Grazie al radiotelescopio MeerKat in Sudafrica, i ricercatori hanno rilevato la distribuzione dell’idrogeno neutro su larga scala, un elemento chiave per comprendere l’espansione dell’universo e la formazione delle strutture cosmiche. L’emissione radio dell’idrogeno, a 21 centimetri, è un segnale distintivo che cambia durante il suo viaggio nell’universo, permettendo di ottenere informazioni sulla distanza e sull’epoca di origine del segnale.
La tecnica dell’intensity mapping ha permesso di raccogliere l’emissione complessiva dell’idrogeno di molte galassie, anche quando singoli oggetti non sono distinguibili. Questo approccio offre un modo per ricostruire la distribuzione generale della materia su vasti volumi del cosmo. L’analisi ha raggiunto un rapporto tra segnale e rumore di 6,2, superando una serie di verifiche di robustezza. Il risultato rappresenta una pietra miliare per la mappatura d’intensità a 21 centimetri come strumento per la cosmologia.
Un lavoro di squadra internazionale
La misurazione ha richiesto dieci anni di lavoro paziente da parte di ricercatori distribuiti in sette paesi e tre continenti. Tra i principali contribuenti italiani, si segnala Matilde Barberi-Squarotti (Università Statale di Milano), Stefano Camera (Università di Torino) e Isabella Paola Carucci (Istituto nazionale di astrofisica – Osservatorio astronomico di Trieste). L’obiettivo del gruppo di ricerca è, in prospettiva, costruire mappe tridimensionali di enormi volumi del cosmo, in grado di raccontare come le strutture si sono formate e come l’universo si è espanso nel tempo. Queste mappe potranno fornire nuovi strumenti per mettere alla prova i modelli di gravità e di energia oscura.
La tecnica utilizzata ha permesso di isolare il segnale dell’idrogeno, pur essendo circondato da contaminazioni molto più intense. «Catturiamo l’intera radiazione radio in arrivo, che comprende anche fonti spurie, come il fondo radio emesso dalla nostra Via Lattea. Rimuovere le contaminazioni, che possono superare il segnale cosmico ricercato di centomila o persino di un milione di volte, è un’impresa complessa», commenta Carucci. Per riuscirci, i ricercatori hanno utilizzato le 64 antenne di MeerKat come telescopi indipendenti, una modalità adatta a osservare rapidamente ampie porzioni di cielo.
Il programma prosegue ora con la raccolta di dati che consentiranno di osservare epoche ancora più lontane, con l’obiettivo di esplorare un volume dell’universo oltre mille volte superiore a quello utilizzato per questa misura. Il lavoro prepara inoltre il terreno per le future indagini cosmologiche dello Ska Observatory, di cui MeerKat è un precursore. E nulla di tutto questo sarebbe stato possibile senza il South African Radio Astronomy Observatory (Sarao), che ha costruito e gestisce MeerKat e ci ha aiutato ad affrontare le numerose difficoltà incontrate durante il progetto.