Avvicinandosi alla prima luce nell’universo

L’universo primordiale era oscuro e pieno di una zuppa calda di particelle opache. Questi si condensano per formare idrogeno neutro che si combina per formare le prime stelle in quella che gli astronomi chiamano l’era della reionizzazione (EoR).

“Trovare il segnale debole di questa prima luce ci aiuterà a capire come si sono formate le prime stelle e galassie”, ha affermato la dott.ssa Christine Lynch di ASTRO 3D, il Centro di eccellenza dell’ARC per tutta l’astrofisica in tre dimensioni.

Lynch è il primo autore di un documento di ricerca pubblicato su Pubblicazioni dell’Australian Astronomical Society. Lei e i colleghi della Curtin University e del Centro internazionale per la ricerca sulla radioastronomia hanno ridotto il rumore di fondo nelle loro osservazioni, consentendo loro di identificare il segnale sfuggente.

Il team ha lavorato con nuove apparecchiature installate sul Murchison Widefield Array (MWA), un radiotelescopio situato nell’entroterra e 800 chilometri a nord di Perth.

MWA ha iniziato a operare un decennio fa. Uno dei suoi obiettivi è trovare la firma delle onde radio di questa prima luce, conosciuta come l’era della reionizzazione, o “EoR”.

Consiste di diverse “tessere di antenna” a bassa frequenza che lavorano insieme per cercare nel cielo i deboli resti del flusso di atomi di idrogeno ionizzato che hanno accompagnato la prima luce, a partire da circa 500 milioni a un miliardo di anni dopo il Big Bang.

Di recente, il numero di tessere dell’antenna è raddoppiato da 128 a 256, espandendo la superficie occupata dalla struttura e aumentando notevolmente la sua potenza.

Combinando alcuni quadrati esistenti con 56 nuovi pezzi, la scienziata dell’ARC Dr. Christine Lynch e il suo team sono stati in grado di condurre un nuovo esperimento celeste chiamato Long Baseline Epoch of Reionisation Survey (LoBES), per migliorare la ricerca del segnale tanto attesa.

“La nostra sfida è che l’universo è molto affollato”, ha spiegato il dottor Lynch.

“Ci sono molte altre sorgenti radio più luminose del segnale EoR tra loro e noi. È come cercare di sentire qualcuno sussurrare dall’altra parte della stanza, quando tra te e quella persona ci sono migliaia di altre persone che urlano più forte possibile.

“Utilizzando le nuove tessere ed estendendo così l’area fisica in cui opera l’antenna, siamo stati in grado di ridurre molte di queste interferenze. Man mano che vengono aggiunti sempre più quadrati, avremo molte più possibilità di trovare l’eco di quella prima luce.”

Il Dr. Lynch ha lavorato con i colleghi di ASTRO 3D e del nodo della Curtin University presso l’International Center for Radio Astronomy Research.

Hanno scansionato più di 80.000 sorgenti di segnali radio e hanno effettuato 16 misurazioni spettroscopiche di ciascuna. Con i risultati, hanno prodotto modelli reali e simulati in cui i segnali radio rumorosi sono stati ridotti di tre volte.

“Il segnale dell’era della reionizzazione ha avuto inizio con 21 centimetri di onde radio di atomi di idrogeno”, ha spiegato il dott. Lynch.

“Nel corso dei miliardi di anni che la malattia ha avuto, si è espansa ed è diventata molto vulnerabile. È chiaro che il nostro nuovo modello del cielo LoBES migliorerà notevolmente gli sforzi per localizzarlo correttamente”.

La coautrice, la professoressa Catherine Trout, ricercatrice principale di ASTRO 3D con ICRAR e Curtin, ha aggiunto: “Questa è la nostra visione più profonda e dettagliata fino ad oggi della radio del cielo in questi campi EoR, e questo nuovo catalogo ci fornisce un più pulito percorso verso l’individuazione di un segnale EoR – una scoperta che sarebbe un successo. Troppo grande per l’astronomia. “