Nella campagna della Pianura Padana quando comincia l’autunno comincia la nebbia. La vista delle prime luci del mattino è impedita da una coltre grigia che nasconde ogni presenza, naturale e artificiale, rendendo tutto uniforme, incerto e un po’ più pericoloso. Poi, d’un tratto e senza ragione evidente, la nebbia si dirada, il Sole comincia a filtrare e i suoi raggi a scaldare il terreno e i volti di chi lo abita.
Anche il mattino dell’universo è stato nebbioso, ma a dissolvere la fitta coltre non è stato un sole, bensì centinaia, migliaia di stelle, galassie e quasar. Emettendo una radiazione energetica in grado di spezzare i legami atomici e strappare gli elettroni ionizzando l’idrogeno neutro che riempiva il cosmo come una fitta nebbia. Secondo un nuovo studio, a rendere possibile il processo non sarebbero state le supernove, finora ritenute le responsabili più probabili, bensì i venti prodotti dalle prime, giovani stelle. I risultati sono pubblicati su Nature Astronomy.
Immagine artistica che mostra alcune stelle massicce che emettono radiazioni ionizzanti. Secondo il nuovo studio, contrariamente a quanto ritenuto finora, il gas trascinato dai venti galattici generati dalle supernove può impedire a tali radiazioni di fuoriuscire dalla galassia. Crediti: Siyi Wang
Il mattino nebbioso dell’universo è durato circa un miliardo di anni. Nei suoi primi istanti di vita dopo il Big Bang, lo spazio era talmente caldo e denso che gli esperti lo definirono una “zuppa cosmica”, un tutt’uno in cui le particelle subatomiche e i fotoni erano indistinguibili. I fotoni viaggiavano venendo continuamente assorbiti e riemessi dalle particelle e, non riuscendo a propagarsi, hanno reso questo periodo inaccessibile alla nostra vista. Ci sono voluti circa 380mila anni perché l’universo, espandendosi e raffreddandosi, permettesse agli elettroni e ai protoni di accoppiarsi, formando atomi neutri e rilasciando anche i fotoni. È a questo periodo che risale la prima e più antica immagine che possiamo avere del cosmo: la radiazione cosmica di fondo, o Cmb.
Ma non è finita qui. Il gas, composto principalmente da idrogeno neutro, ha cominciato ad addensarsi per effetto della gravità, ostacolando nuovamente la libera circolazione dei fotoni. Una nuova era oscura. Una nebbia cosmica. Lentamente, le regioni che si erano addensate maggiormente per effetto della gravità hanno iniziato a formare stelle, galassie e quasar. Arriviamo così a circa 150 milioni di anni dal Big Bang. Grazie alla radiazione emessa da queste prime sorgenti cosmiche, alcuni atomi di idrogeno neutro – i più vicini, inizialmente – vengono scissi o, come si dice in gergo, ionizzati: i fotoni vengono assorbiti dagli atomi e gli elettroni rilasciati. Comincia la reionizzazione. Chi dobbiamo ringraziare per aver riportato la luce nel cosmo e come sia avvenuto, però, non lo sappiamo con certezza.
Primeggiava, fra le teorie più accreditate, l’ipotesi che la radiazione ionizzante fuoriuscisse dalle prime galassie traghettata dai venti generati dalle supernove – le esplosioni di stelle massicce al termine della loro vita. Ora, però, l’osservazione di alcune galassie vicine con il telescopio spaziale Hubble ha mostrato che questi venti sono assenti nelle galassie che emettono una quantità sufficiente di radiazione ionizzante.
«Le nostre osservazioni mostrano che questi fotoni riescono a fuoriuscire prima che si formino i venti galattici delle supernove», spiega Cody Carr, ricercatore del Dipartimento di astronomia dell’Università del Michigan e primo autore dello studio. «In sostanza, il modo in cui queste galassie lasciavano sfuggire la radiazione ionizzante non è quello che pensavamo».
Le galassie osservate sono le cosiddette starburst, selezionate perché caratterizzate da un’intensa attività di formazione stellare, che le rende simili alle galassie compatte primordiali che avrebbero causato la reionizzazione. I ricercatori ne hanno analizzato lo spettro, osservando a quali lunghezze d’onda la luce riesca a fuoriuscire e misurando la velocità dei venti galattici. Il gas presente in questi venti assorbe infatti la luce a lunghezze d’onda specifiche, lasciando negli spettri depressioni la cui posizione e larghezza sono attribuibili al movimento del gas stesso. Secondo i risultati, le galassie caratterizzate dai venti più veloci – attribuibili alle supernove – lasciavano fuoriuscire la frazione più piccola di radiazione ionizzante.
«Sembra che l’energia immessa dalle supernove abbia perturbato l’ambiente circostante e aumentato, anziché ridotto, la quantità di gas neutro e di polveri che ostacolano la fuoriuscita della radiazione ionizzante», aggiunge Stephan McCandliss, direttore del Center for Astrophysical Sciences della Johns Hopkins University e coautore dello studio.
Non solo. Secondo i modelli sviluppati nello studio, nel campione osservato le galassie che presentano l’emissione più elevata di fotoni ad alta energia sarebbero troppo giovani per avere un numero significativo di esplosioni di supernova. Interpretazione, questa, supportata dal fatto che queste stesse galassie sarebbero anche caratterizzate da venti galattici più deboli – mentre, come dicevamo, le supernove generano venti più veloci. Se non le supernove, cosa, allora? A creare una via di fuga per i fotoni ultravioletti ionizzanti, concludono gli autori, sarebbero i venti stellari prodotti dall’attività delle stelle giovani, ben prima che le esplosioni di supernova generassero venti sufficientemente potenti da modificare la struttura delle galassie.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Lyman continuum escape during the onset of galactic winds in compact starbursts“, di Cody Carr, Renyue Cen, Stephan McCandliss, Jack Ford, Alberto Saldana-Lopez, Claudia Scarlata, Mason S. Huberty, Anne Jaskot, Sophia Flury, M. S. Oey, Ricardo O. Amorín, Sanchayeeta Borthakur, Matthew Haye, Timothy Heckman, Zhiyuan Ji, Lena Komarova, Alexandra Le Reste, Floriane Leclercq, Rui Marques-Chaves, Leo Michel-Dansac, Göran Östlin, Swara Ravindranath, Michael J. Rutkowski, Daniel Schaerer, Trinh Thuan, Eros Vanzella, Bingjie Wang e Xinfeng Xu