Piccole è meglio

Anche se non si riescono ancora a vedere, le galassie di piccole dimensioni potrebbero aver avuto un ruolo decisivo nella fase oscura dell’Universo e avere largamente contribuito alla trasparenza attuale dell’Universo.

Una delle fasi più controverse dell’evoluzione dell’Universo è sicuramente quella della fase oscura. Essa prende anche il nome più tecnico di era della re-ionizzazione.

Richiamiamola brevemente. Dopo 380 000 anni dall’inizio del Cosmo, la temperatura è scesa a sufficienza per permettere agli elettroni di unirsi ai nuclei atomici e formare gli atomi neutri. Un momento importantissimo, soprattutto per la nostra curiosità. Con gli elettroni “accasati”, finalmente i fotoni riescono a muoversi liberamente e a lanciarsi verso lo spazio e portare in giro la loro informazione luminosa. E’ l’epoca della radiazione cosmica di fondo, il primo periodo in cui è possibile vedere qualcosa. Per giungere fino a noi la luce ha dovuto impiegare circa 13.7 miliardi di anni, ma ce l’ha fatta e ci mostra la prima immagine dell’Universo.

Una fase, però, di breve durata. I fotoni bloccati dal movimento parossistico degli elettroni hanno sì via libera, ma l’esistenza di materia sotto forma di atomi neutri non permette più la creazione di nuovi fotoni. L’Universo torna nel buio, non perché la luce è bloccata (come prima), ma perché non vi è niente che possa trasportarla. E’ necessario che succeda qualcosa in grado di riaccendere un Universo pigro e senza vita.

Bisogna aspettare che nascano le prime stelle, capaci di ionizzare nuovamente gli atomi, ossia separare gli elettroni dai nuclei, per far nascere i fotoni. La radiazione delle stelle, soprattutto nella lunghezza d’onda dell’UV è un faro fantastico, in grado di far sparire un po’ alla volta la nebbia che nasconde tutto. E’ l’era che dà il via all’Universo moderno, quello in cui viviamo. La nebbia sparisce del tutto circa un miliardo di anni dopo il Big Bang, ma già molto prima (200 milioni di anni?) le prime stelle hanno cominciato la loro opera di ionizzazione e di illuminamento. Piccoli fari, sempre più numerosi. Una fase difficile da osservare proprio per mancanza di luce, ma da studiare attentamente in tutte le lunghezze d’onda per cercare di vedere anche l’invisibile.

Si sono fatti molti passi in avanti e qualche galassia appartenente a questo periodo oscuro ha dato segnali di vita. Ovviamente, le più grandi e luminose… Resta però grande incertezza su quali siano veramente le prime strutture capaci di dare nuovamente il via alla luce. E’ necessario affidarsi a enormi galassie, in cui possano formarsi miliardi e miliardi di stelle o è meglio avene tante e piccolissime? In altre parole, sono meglio pochi lampioni, sistemati lontani tra loro, o tante lampadine vicinissime?

Per rispondere a questo interrogativo nascosto in una nebbia ancora quasi impenetrabile, si sono usati modelli teorici e si sono sfruttati i computer più sofisticati e potenti. Una recente ricerca sembra aver dato un colpo di timone decisivo al dilemma. Le cose sembrano favorire le galassie piccolissime, che solo in seguito si sarebbero riunite in strutture gigantesche. Oltre ai risultati del calcolo che tiene in conto tutte le evidenze osservative e teoriche sull’origine delle prime stelle e galassie, vi è una logica concettuale non trascurabile. Le stelle appartenenti a mini-galassie, avrebbero meno ostacoli a far viaggiare la loro radiazione luminosa verso lo spazio che le circonda. Galassie più grandi avrebbero masse di gas maggiori e più difficili da essere attraversate. Forse un concetto banale, ma -finalmente- confermato da un modello molto raffinato. Un ruolo fondamentale nell’invio di raggi UV nell’Universo e nello sciogliere la nebbia è stato sicuramente giocato dalle prime supernove (nate ed esplose in pochi milioni di anni). Anche queste hanno, ovviamente, da superare uno schermo irrisorio causato dal gas delle piccole galassie che le ospitano.

Un momento della simulazione sulla distribuzione delle galassie nella fase oscura. Le regioni rosse sono quelle scaldate dai raggi UV. Le galassie sono i punti bianchi. Le mini-galassie sembrano aver contribuito alla re ionizzazione per almeno un terzo, molto di più di quanto pensato finora. Il campo di vista copre  400 000 anni luce e si riferisce a un’età di circa 700 000 anni, dopo il Big Bang. Fonte: John Wise
Un momento della simulazione sulla distribuzione delle galassie nella fase oscura. Le regioni rosse sono quelle scaldate dai raggi UV. Le galassie sono i punti bianchi. Le mini-galassie sembrano aver contribuito alla re ionizzazione per almeno un terzo, molto di più di quanto pensato finora. Il campo di vista copre 400 000 anni luce e si riferisce a un’età di circa 700 000 anni, dopo il Big Bang. Fonte: John WISE

Qualche numero. Queste mini-galassie erano circa 1000 volte meno massicce della nostra e 30 volte più piccole. Tuttavia, la loro capacità di creare stelle era elevata e raggiunse un picco notevole intorno ai 500 milioni di anni dopo il Big Bang. Si pensava che le galassie giganti potessero distruggere facilmente queste numerose, ma insignificanti, sorelline. E, invece, il modello mostra che i fotoni ionizzanti usciti dalle giganti rappresentavano solo il 5% di quello totale. Tanta scena, ma poca efficacia. Si è anche trovato che intorno ai 550 milioni di anni dopo il Big Bang si era già riusciti a ionizzare il 50% dell’Universo e che probabilmente la nebbia è scomparsa del tutto intorno agli 850 milioni di anni. Vogliamo una prova definitiva? Beh… le galassie piccole si vedono meno bene (o non si vedono affatto) rispetto a quelle gigantesche, che sono quindi favorite nella scoperta. E’ necessario aspettare ancora un po’ e attendere l’occhio potentissimo del nuovo telescopio spaziale Webb.

Cerchiamo di avere ancora un po’ di pazienza: cosa sono pochi anni rispetto a 13.7 miliardi?

di Vincenzo Zappalà – tratto da: L’Infinito Teatro del Cosmo