Il telescopio Webb mette in dubbio la reionizzazione, l'infanzia dell'universo

Le osservazioni del telescopio spaziale James Webb stanno causando confusione sulla linea temporale dell'universo. Il periodo di reionizzazione, che secondo le teorie attuali terminò circa un miliardo di anni dopo il Big Bang, potrebbe essersi concluso molto prima.

Il periodo della reionizzazione fu una tappa importante nella storia dell'universo. Durante questo periodo, le prime stelle e galassie iniziarono a irradiarsi, provocando un grande cambiamento nel loro ambiente. Le radiazioni hanno convertito quasi tutto l’idrogeno nell’universo.

Secondo le attuali teorie, basate su misurazioni precedenti, questa transizione fu completata circa un miliardo di anni dopo il Big Bang. Ma le nuove misurazioni del telescopio spaziale James Webb raccontano una storia diversa. Questi indicano che il periodo di reionizzazione si è concluso almeno 350 milioni di anni prima del previsto. Questi risultati sono apparsi su una rivista specializzata Avvisi mensili della Royal Astronomical Society: lettere.

Fresco e neutro

Per i primi 380.000 anni dopo il Big Bang, l’universo era composto da un plasma caldo di particelle nucleari caricate positivamente: protoni ed elettroni caricati negativamente. L'universo si espanse e il plasma si raffreddò, consentendo a protoni ed elettroni di combinarsi per formare atomi di idrogeno privi di carica. Circa 100 milioni di anni dopo il Big Bang, le prime stelle e galassie emersero dal gas neutro degli atomi di idrogeno.

Quelle prime stelle emettevano luce intensa e radiazioni ultraviolette. La radiazione ultravioletta era così potente da poter dividere gli atomi di idrogeno neutri presenti nell'ambiente in protoni ed elettroni. Questo processo è chiamato ionizzazione e la fase in cui ciò avviene è chiamata periodo di reionizzazione.

Ciò è accaduto ovunque, con le stelle di tutto l’universo, e ha avuto un impatto enorme. “Circa il 75% della materia nell'universo è idrogeno”, afferma l'astronomo. Giuliano Munoz Dall'Università del Texas ad Austin, USA. Tutto il gas idrogeno è cambiato da freddo e neutro a caldo ed elettricamente carico. Ciò ha influenzato la velocità e il luogo in cui si sono formate le nuove stelle. “Di conseguenza, il rionismo ha svolto un ruolo importante nella creazione della rete cosmica che ora vediamo intorno a noi”.

Fine della reionizzazione

Quando quasi tutto l’idrogeno gassoso nell’universo è stato ionizzato, il periodo di reionizzazione termina. Ma esattamente quando ciò accadde, gli astronomi poterono dedurre solo indirettamente dalle osservazioni.

Ad esempio, gli astronomi osservano la radiazione cosmica di fondo a microonde, emessa subito dopo il Big Bang. Questa radiazione ha viaggiato attraverso l'universo durante il periodo di reionizzazione, scontrandosi lungo il percorso con gli elettroni liberi che si erano separati durante la reionizzazione. Queste collisioni hanno un effetto sulla radiazione cosmica di fondo a microonde, che ancora oggi può essere misurata.

“Quindi la radiazione di fondo ci dà un'idea ragionevole di quanti elettroni liberi ci sono nell'universo in un dato momento, rispetto agli atomi di idrogeno neutri”, dice Muñoz. “Se si inseriscono queste informazioni nei nostri modelli teorici, si suggerisce che la reionizzazione sia terminata circa un miliardo di anni dopo il Big Bang”.

Anche le osservazioni di altre radiazioni provenienti dall’universo primordiale, alla ricerca di tracce di idrogeno neutro o di elettroni liberi, indicano che questo periodo finì circa un miliardo di anni dopo il Big Bang.

Telescopio Webb

Il telescopio Webb osserva il periodo di reionizzazione in modo diverso. Le misurazioni di questo telescopio dicono agli astronomi quanta radiazione ultravioletta ionizzante è stata emessa dalle prime galassie. Ciò indica che durante quel periodo c’erano più galassie che insieme emettevano più radiazioni ionizzanti di quanto si pensasse in precedenza. C'erano così tante radiazioni che la reionizzazione avrebbe dovuto essere completata tra 550 e 650 milioni di anni fa.

Ma questo non concorda, tra le altre cose, con le misurazioni del fondo cosmico a microonde. Quindi sta accadendo qualcosa di strano. Forse qualcosa è andato storto con le misurazioni – dal telescopio Webb, per esempio – o i modelli che gli astronomi usano per fare i calcoli non sono corretti. Oppure la radiazione misurata non raggiunge l'idrogeno gassoso. “C'è precisione”, afferma Muñoz. “Non tutta la radiazione lascerà la galassia.” Solo una parte sfugge e perfino il grande telescopio Webb non è in grado di determinare la dimensione di quella porzione.

Gli astronomi dovranno risolvere questo enigma prima di modificare la linea temporale dell'universo. Muñoz: “Il telescopio Webb getta nuova luce sulla reionizzazione e dovremmo usarlo per comprendere meglio questo entusiasmante periodo dell’universo”.