I dati della sonda spaziale Planck Surveyor mostrano che le prime stelle nacquero più tardi del previsto

Mappa della della radiazione cosmica di fondo (Immagine ESA and the Planck Collaboration)
Mappa della della radiazione cosmica di fondo (Immagine ESA and the Planck Collaboration)

Quasi due anni dopo la presentazione della miglior mappa mai creata della radiazione cosmica di fondo, l’ESA ha rivelato un’altra mappa creata anch’essa utilizzando i dati rilevati dalla sonda spaziale Planck Surveyor tra il 2009 e il 2013. Questa nuova mappa mostra la polarizzazione della radiazione cosmica di fondo risalente alle prime fasi di vita dell’universo. Essa mostra che le prime stelle hanno cominciato a formarsi circa 550 milioni di anni dopo il Big Bang, 100 milioni di anni più tardi di quanto si pensasse finora.

Lo studio della radiazione cosmica di fondo, indicata con gli acronimi inglesi CMB o CMBR, il residuo delle primissime fasi di vita dell’universo, sta impegnando molti ricercatori da ormai 50 anni, da quando è stata scoperta. Planck Surveyor è uno speciale telescopio spaziale progettato per studiare la radiazione cosmica di fondo. È l’ultimo di una serie di strumenti sempre più perfezionati che nel corso dei decenni hanno contribuito a questo tipo di ricerca in maniera sempre migliore.

Ora i dati raccolti da Planck hanno riservato questa nuova sorpresa dopo l’analisi della polarizzazione della radiazione cosmica di fondo. La luce viene polarizzata quando vibra in una direzione preferenziale, un fenomeno che può essere causato dallo scontro di fotoni con altre particelle. Ciò avveniva comunemente all’epoca in cui la radiazione cosmica di fondo si è originata.

In quell’epoca remota, l’universo era piccolo e molto denso perciò i fotoni si scontravano spesso con elettroni, protoni e neutrini, le particelle che quella volta costituivano la prevalenza di materia. Con l’espansione dell’universo, quelle collisioni diventarono sempre meno frequenti e tra le conseguenze ci fu la possibilità di protoni ed elettroni di potersi combinare senza essere separati dal bombardamento di fotoni.

La polarizzazione dei fotoni è utile perché mantiene la memoria delle interazioni avvenute tra queste particelle di luce e le particelle di materia. Una sua analisi permette di stimare in maniera indipendente l’eta dell’universo, la sua velocità di espansione e la composizione base di materia normale, materia oscura ed energia oscura.

I dati forniti dalla polarizzazione della radiazione cosmica di fondo confermano molte misurazioni già effettuate in vari modi ma forniscono una sorpresa riguardo al momento in cui le stelle hanno cominciato a formarsi. È la fase della storia dell’universo conosciuta come reionizzazione, perché la luce delle prime stelle interagì con il gas presente in grande abbondanza nell’universo ionizzandolo e quindi separando gli elettroni dai protoni.

Secondo le stime fatte analizzando i dati della sonda spaziale WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), il predecessore del Planck Surveyor costruito dalla NASA, l’età oscura dell’universo terminò circa 450 milioni di anni dopo il Big Bang. D’altra parte, alcune osservazioni effettuate con il telescopio spaziale Hubble avevano mostrato che le prime galassie avevano cominciato a formarsi tra i 300 e i 400 milioni di anni dopo il Big Bang.

Il problema era causato dal fatto che quelle galassie promordiali non emettevano abbastanza luce da causare la reionizzazione. Se la reionizzazione fosse avvenuta a quell’epoca sarebbe stato ben difficile spiegarla solo con la nascita delle prime stelle. La nuova stima che mostra che le stelle cominciarono a formarsi circa 550 milioni di anni dopo il Big Bang spiega in maniera plausibile la reionizzazione.

Questa mappa è stata creata usando i dati rilevati dallo strumento LFI (Low Frequency Instrument) di Planck Surveyor. Un’altra mappa è in fase di creazione usando i dati dell’altro strumento della sonda spaziale, High Frequency Instrument (HFI). Ci si aspettano che confermi le ultime scoperte e fornisca informazioni più precise su di esse ma non si sa mai.

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