18:37 18 Dicembre 2018
Vista dal pianeta scoperto Proxima Centarui b

Spiegata l’origine della luce nell’Universo

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Il telescopio orbitale Fermi ha aiutato gli astronomi a “calcolare” la quantità totale di luce prodotta da tutte le stelle dell’Universo durante tutta la sua esistenza e a determinare a che velocità si sono formate. Le loro scoperte sono state pubblicate sulla rivista Science.

"Da tempo provavamo a studiare la luminosità dell'Universo, ma molti corpi celesti luminosi di fondo, come la luminescenza della polvere nel Sistema solare, ce lo impedivano. Abbiamo creato un metodo che "ignora" questi fattori e che ci ha permesso di superare ogni ostacolo in un batter d'occhio", racconta Abishek Desai della Clemson University (USA).

La luce extragalattica di fondo (EBL) è ciò che rimane della radiazione ultravioletta, visibile e infrarossa dall'epoca in cui si sono formate le prime stelle. A differenza della radiazione cosmica di fondo lasciata dal Big Bang, questa tipologia di onde elettromagnetiche è estremamente difficile da trovare: infatti, viene "coperta" dalla potente radiazione delle galassie e delle stelle contemporanee.

Ma "vedere" la radiazione extragalattica è di grande importanza per gli astronomi in quanto questo permette di gettare uno sguardo sull'antichissima storia dell'Universo. Gli scienziati ipotizzano che la radiazione di fondo sia comparsa tra i 300.000 e un miliardo di anni dopo il Big Bang durante la cosiddetta "epoca della reionizzazione". In quel periodo l'Universo divenne nuovamente trasparente poiché i suoi neutroni si erano trasformati in ioni grazie all'influsso della luce prodotta dalle prime stelle.

Desai e i suoi colleghi hanno ottenuto i primi dati riguardo alle caratteristiche dell'EBL e sono riusciti a calcolare il numero di particelle di luce prodotte da tutte le stelle e da altri oggetti luminosi nell'Universo non osservando tanto la "luminosità dell'Universo", quanto i raggi gamma delle galassie più antiche.

Perché l'hanno fatto gli scienziati? Come spiega l'astrofisico, i raggi gamma ad alta energia possono scontrarsi con le particelle di luce che sono alla base dell'EBL. Questo porta alla loro "autodistruzione": tornano ad essere coppie di elettroni e positroni. La probabilità di questi scontri dipende dall'energia dei fotoni: maggiore è questa, maggiore è anche la probabilità di un simile annichilimento.

Questo meccanismo permette di calcolare in modo molto preciso il numero totale di particelle di luce che compongono la luminosità di fondo dell'Universo: è sufficiente osservare quanto si "offuscano" i raggi gamma più luminosi diretti dalle galassie più lontane verso la Terra.

Utilizzando il telescopio Fermi, Desai e i suoi colleghi hanno studiato un gruppo di centinaia di blazar, cioè buchi neri di massa enorme al centro di galassie lontane i cui raggi sono indirizzati direttamente verso la Terra. Questi corpi producono grandi quantità di gamma X e gamma ad alta energia, il che li rende strumenti ideali per calcolare il numero di fotoni.

Stando a questo studio, nei suoi 13,7 miliardi di anni d'età l'Universo ha prodotto circa 4.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 particelle di luce.

Gran parte di questi fotoni, come osservano gli scienziati, è comparsa nelle prime fasi di creazione dei pianeti quando la frequenza di formazione delle stelle era elevatissima. Raggiunse il suo picco, come hanno dimostrato Desai e colleghi, circa 3,5 miliardi di anni dopo il Big Bang, il che corrisponde a grandi linee alle teorie.

"I primi 4 miliardi di anni dell'Universo rimangono "secoli bui" per noi perché i telescopi a nostra disposizione non sono ancora in grado di studiarli. I nostri dati hanno svelato questo mistero e ci lasciano la speranza che in futuro potremo vedere il Big Bang. Questo è il nostro obiettivo principale", concludono gli scienziati.

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