Molto tempo fa, milioni di anni prima che la prima stella prendesse vita, l'intero universo era un mare di tenebre.
A partire da circa 400.000 anni dopo il Big Bang e durando centinaia di milioni di anni, questa cosiddetta era oscura dell'universo ha segnato l'ultima volta in cui lo spazio vuoto era veramente vuoto; niente pianeti, niente soli, niente galassie, niente vita - solo una nebbia di atomi di idrogeno forgiata dal Big Bang e lasciata a gattonare nell'oscurità.
Oggi, i telescopi di tutto il mondo stanno cercando di intravedere quell'idrogeno primordiale (noto come idrogeno neutro) al fine di individuare il momento in cui i secoli oscuri sono finalmente finiti e si sono formate le prime galassie. Mentre quegli antichi atomi rimangono inafferrabili, un team di ricercatori nell'entroterra australiano potrebbe essersi avvicinato alla loro ricerca come mai prima d'ora.
Secondo il nuovo studio pubblicato sul database di prestampa arXiv e che presto apparirà nell'Astrophysical Journal, gli astronomi hanno usato il radiotelescopio Murchison Widefield Array (MWA) per scrutare in profondità nel passato cosmico alla ricerca della lunghezza d'onda caratteristica dell'idrogeno neutro. Non hanno trovato quello che stavano cercando, tuttavia, utilizzando nuove impostazioni sull'array recentemente aggiornato del telescopio, il team ha determinato il limite più basso di sempre per la potenza del segnale dell'idrogeno neutro.
"Possiamo affermare con sicurezza che se il segnale dell'idrogeno neutro fosse più forte del limite fissato nel documento, il telescopio lo avrebbe rilevato", ha dichiarato il co-autore dello studio Jonathan Pober, assistente professore di fisica alla Brown University di Rhode Island. Ciò significa che la caccia a queste antiche molecole è ancora attiva e ora i ricercatori sanno che le impronte dell'idrogeno neutro sono ancora più deboli del previsto.
I primi atomi
L'energia che scorreva nell'universo primordiale era così forte che ogni atomo aveva i suoi elettroni strappati via, dando loro una carica positiva. Il primo di questi atomi era lo ione idrogeno caricato positivamente. Per centinaia di migliaia di anni, l'universo si è raffreddato ed espanso abbastanza da consentire a questi ioni idrogeno di riguadagnare i loro elettroni, diventando di nuovo neutrale. Si ritiene che questi atomi di idrogeno neutri siano la caratteristica dominante dei secoli oscuri cosmici. (Alla fine, quando abbastanza di loro si raggrupparono insieme per formare le prime stelle, gli atomi furono nuovamente ionizzati dall'energia irradiata da quelle stelle.)
Gli scienziati sanno che l'idrogeno neutro emette radiazioni a una lunghezza d'onda di 21 centimetri - tuttavia, poiché l'universo si è espanso negli ultimi 12 miliardi di anni, anche queste lunghezze d'onda si sono allungate. Gli autori del nuovo studio hanno stimato che la lunghezza d'onda dell'idrogeno neutro si è allungata a circa 2 metri - e questo è il segnale che hanno cercato nei cieli per l'utilizzo del MWA.
Il problema è che ci sono molte fonti (sia artificiali che celesti) che si irradiano alla stessa lunghezza d'onda.
"Tutte queste altre fonti sono molti ordini di grandezza più forti del segnale che stiamo cercando di rilevare", ha detto Pober. "Anche un segnale radio FM riflesso da un aeroplano che passa sopra il telescopio è sufficiente per contaminare i dati."
Così, Pober e i suoi colleghi hanno scritto una serie di equazioni per identificare e eliminare questi contaminanti nelle loro osservazioni. Dopo aver scattato più di 1.200 istantanee di onde radio del cielo, i ricercatori hanno stabilito che ogni traccia di emissioni di 2 metri trovata proveniva da un luogo diverso dall'idrogeno neutro che stavano cercando.
Mentre il prezioso segnale atomico rimane da scoprire, la nuova ricerca riesce a restringere come dovrebbero essere le future ricerche di idrogeno neutro. Secondo i ricercatori, questi risultati dimostrano chiaramente che gli esperimenti del MWA stanno portando questa caccia sulla strada giusta. Con ulteriori ricerche, le ultime reliquie dei secoli oscuri cosmici potrebbero presto essere portate alla luce.
