Un team di ricercatori ha mappato per la prima volta l’emissione radio dell’idrogeno neutro nell’universo a circa 5 miliardi di anni fa, utilizzando i dati del radiotelescopio canadese Chime. Questo risultato, pubblicato su The Astrophysical Journal, rappresenta un passo significativo nella comprensione dell’espansione cosmica e della natura dell’energia oscura. La misura, effettuata in autocorrelazione a un redshift di circa 1, ha raggiunto una significatività statistica di 12,4 sigma, superando la soglia di 5 sigma per considerare una rilevazione attendibile.
La tecnica 21 cm intensity mapping
Chime utilizza una tecnica chiamata 21 cm intensity mapping per misurare l’emissione complessiva dell’idrogeno neutro senza distinguere singole galassie. Questo approccio permette di ricostruire la distribuzione della materia su larga scala e di testare le teorie sull’evoluzione delle galassie. La mappatura dell’emissione radio dell’idrogeno, che si verifica quando l’elettrone e il protone cambiano l’orientamento del loro spin, offre un tracciante cosmico per comprendere la storia dell’universo.
La misura ha rivelato onde radio a frequenze comprese tra 608,2 e 707,8 megahertz, corrispondenti a un redshift tra 1,34 e 1,01. Questo intervallo di redshift ci porta indietro nel tempo di circa 8–9 miliardi di anni, quando l’universo aveva circa cinque o sei miliardi di anni. La tecnica permette di osservare l’emissione dell’idrogeno neutro senza dover ricorrere a altre indagini cosmologiche, aprendo nuove possibilità per lo studio della struttura dell’universo.
Un segnale confermato dopo anni di analisi
Il segnale radio dell’idrogeno neutro è stato rilevato per la prima volta da Chime senza incrociare i dati con altre survey cosmologiche. Dopo 94 notti di osservazione nel 2019, i ricercatori hanno isolato la debole emissione dal rumore ambientale e dalle interferenze. Dopo più di un anno di verifiche, il segnale è stato confermato come una traccia reale dell’idrogeno proveniente da un’epoca remota. «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, elemento più abbondante dell’universo, è la materia prima da cui si formano le stelle. La sua emissione radio agisce come un tracciante per comprendere la distribuzione della materia e l’espansione dell’universo.
Il radiotelescopio Chime, situato in Canada, è stato costruito proprio per questo scopo. La sua capacità di mappare l’idrogeno neutro senza dover dipendere da altre indagini cosmologiche apre la strada a misure più ampie e, in prospettiva, allo studio della storia dell’espansione dell’universo e dei fenomeni che la determinano, inclusa l’energia oscura. «Dimostrando concretamente la sua efficacia nella pratica, abbiamo aperto una finestra completamente nuova sull’universo: possiamo utilizzarla per testare le nostre teorie attuali e scoprire nuove cose sulle galassie e su altre proprietà del cosmo», conclude Simon Foreman, dell’Arizona State University.
