L’universo a 21 centimetri rivelato da Chime

Un team di ricercatori ha mappato per la prima volta l’emissione radio dell’idrogeno neutro nell’universo lontano, utilizzando i dati del radiotelescopio canadese Chime. L’osservazione, pubblicata su The Astrophysical Journal, ha permesso di rilevare il segnale a 21 centimetri, una caratteristica spettrale dell’idrogeno atomico neutro, quando l’universo aveva circa 5 miliardi di anni. Questo risultato apre nuove possibilità per studiare l’espansione cosmica e l’energia oscura.

La tecnica 21 cm intensity mapping

Chime, un radiotelescopio situato in Canada, ha utilizzato una tecnica chiamata 21 cm intensity mapping per misurare l’emissione complessiva dell’idrogeno neutro senza distinguere singole galassie. Questo approccio permette di ricostruire la distribuzione della materia su larga scala e di testare le teorie sull’evoluzione delle galassie. La misura ha raggiunto una significatività statistica di 12,4 sigma, ben al di sopra della soglia di 5 sigma considerata solida.

Un segnale confermato dopo anni di analisi

Il segnale radio dell’idrogeno neutro è stato rilevato grazie a 94 notti di osservazione nel 2019, durante le quali le antenne di Chime hanno catturato onde radio a frequenze comprese tra 608,2 e 707,8 megahertz. Queste frequenze corrispondono a valori di redshift tra 1,34 e 1,01, che indicano un’epoca circa 8-9 miliardi di anni fa. Dopo un anno di verifiche, i ricercatori hanno confermato la presenza del segnale, che rappresenta una traccia dell’idrogeno neutro proveniente da un’epoca remota. «Dopo tutti i test, il segnale era ancora lì; questo ci ha dato la fiducia necessaria per concludere che stavamo osservando davvero l’idrogeno proveniente dall’universo lontano», ha dichiarato Arnab Chakraborty, ricercatore all’Università di Toronto e coautore dello studio. L’idrogeno, elemento più abbondante dell’universo, agisce come un tracciante cosmico, rivelando la distribuzione della materia nello spazio.

Un passo avanti verso l’osservazione cosmologica

Questo risultato rappresenta una dimostrazione di fattibilità per l’osservazione dell’universo attraverso la mappatura dell’idrogeno neutro. Chime si è dimostrato capace di ricostruire il segnale cosmologico a 21 centimetri senza dipendere da altre indagini osservative. Questo apre la strada a misure cosmologiche più ampie e, in prospettiva, allo studio della storia dell’espansione dell’universo e dei fenomeni che la determinano, inclusa l’energia oscura. «Dimostrando concretamente la sua efficacia nella pratica, abbiamo aperto una finestra completamente nuova sull’universo: possiamo utilizzarla per testare le nostre teorie attuali e scoprire nuove cose sulle galassie e su altre proprietà del cosmo», conclude Simon Foreman, dell’Arizona State University. I ricercatori intendono sfruttare l’archivio di dati di Chime per estendere l’analisi a epoche cosmiche ancora più remote, risalenti a quando l’universo aveva circa tre miliardi di anni.