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 proveniente da un’epoca in cui l’universo aveva circa 5 miliardi di anni. Questo risultato rappresenta un passo avanti significativo nella comprensione dell’espansione cosmica e della natura dell’energia oscura.

Una tecnica innovativa per mappare l’universo

Chime, un radiotelescopio situato in Canada, ha utilizzato una tecnica chiamata 21 cm intensity mapping per rilevare l’emissione complessiva dell’idrogeno neutro senza dover distinguere singolarmente le 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.

Il segnale è stato rilevato durante 94 notti di osservazione nel 2019, quando 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 che il segnale era reale e proveniva dall’universo lontano.

Un’apertura verso nuove scoperte

«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 neutro, l’elemento più abbondante nell’universo, agisce come un tracciante cosmico, rivelando la distribuzione della materia nello spazio. Questo risultato non solo conferma la validità della tecnica, ma apre la strada a misure cosmologiche più ampie. I ricercatori intendono sfruttare l’archivio di dati di Chime, che comprende quasi sette anni di osservazioni, per estendere l’analisi a epoche cosmiche ancora più remote. «Dimostrando concretamente la sua efficacia nella pratica, abbiamo aperto una finestra completamente nuova sull’universo», ha concluso Simon Foreman, dell’Arizona State University.

La mappatura dell’emissione radio dell’idrogeno neutro permette di tracciare la distribuzione della materia su grande scala e di ricostruire la storia dell’espansione dell’universo. Un’informazione preziosa anche per studiare la natura dell’energia oscura. L’emissione a 21 centimetri è la firma dell’idrogeno atomico neutro, l’elemento più abbondante nell’universo. È una riga spettrale prodotta dall’emissione di un fotone quando l’elettrone o il protone dell’atomo cambia l’orientamento relativo del suo spin.

«Misurando come questo idrogeno è distribuito e come tende ad aggregarsi, Chime ci offre un nuovo strumento per mettere alla prova la nostra comprensione della formazione e dell’evoluzione delle galassie», ha spiegato Shabbir Shaikh, ricercatore all’Arizona State University e coautore di entrambe le pubblicazioni. I dati indicano che, in quell’epoca, circa il due per cento dell’idrogeno dell’universo si trovava sotto forma atomica neutra, un dato sostanzialmente in accordo con altre misure. Il radiotelescopio Chime, costruito proprio per questo scopo, ha dimostrato di essere in grado di mappare l’idrogeno neutro senza dipendere da altre survey 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.