Planck: le prime stelle nacquero più tardi del previsto

Le nuove dettagliate mappe del satellite Planck dell' ESA posticipano l'epoca della reionizzazione, che corrisponde alla nascita delle prime stelle, di 100 milioni di anni.

I pianeti, gli asteroidi, le comete ed altri oggetti del nostro Sistema Solare, insieme alla luce emessa dalle stelle e delle galassie lontane raccontano che l'Universo deve avere esattamente 13,8 miliardi di anni. Una delle principali fonti di informazione utilizzate dagli scienziati per carpire i segreti sull'inizio della storia è la radiazione cosmica di fondo CMB ( Cosmic Microwave Background radiation), una sorta di impronta fossile che risale a quando l'Universo aveva solo 380.000 anni. Questo bagliore riempie oggi tutto il cielo nelle lunghezze d'onda delle microonde e risale a quando l'Universo si era raffreddato abbastanza, espandendosi tanto da permettere ai fotoni di viaggiare liberamente attraverso lo spazio.

Dal 2009 fino al 2013, Planck ha osservato il fondo cosmico a microonde (CMB) con un dettaglio senza precedenti.
Il progetto ha prodotto un'inestimabile quantità di dati fondamentali in ambito astrofisico: una mappa dell'emissione polarizzata delle polvere interstellare (al centro delle recenti polemiche in relazione ai risultati di BICEP2); un catalogo di 13.188 fredde e dense nuvole nella nostra Galassia e di 1.653 ammassi di galassie rilevati attraverso la loro interazione con la CMB; informazioni sul modo con cui la materia si è progressivamente raggruppata negli ultimi dieci miliardi di anni; ultimo ma non meno importante, una mappa completa della CMB che ha permesso di visualizzare la distribuzione della materia 380.000 anni dopo il Big Bang. Le piccole differenze di temperatura impresse nel fondo cosmico, infatti, rappresentano i semi delle strutture, galassie e stelle di oggi.

"Ma c'è di più: la CMB trasporta ulteriori indizi circa la nostra storia cosmica, codificati nella sua polarizzazione", spiega Jan Tauber, scienziato del progetto Planck dell'ESA. "Planck ha misurato questo segnale per la prima volta ad alta risoluzione su tutto il cielo, producendo delle mappe uniche".

La luce è polarizzata quando "vibra" in una direzione preferenziale, fatto che può verificarsi quando i fotoni rimbalzano su altre particelle. E questo è esattamente quello che è accaduto quando la CMB ha avuto orgine nell'Universo primordiale.

Copyright: ESA

Inizialmente i fotoni erano intrappolati in una calda e densa "zuppa" di particelle, composta principalmente da elettroni, protoni e neutrini. A causa dell'elevata densità, le collisioni erano così frequenti che, quando la luce provava a viaggiare sbatteva di nuovo su un altro elettrone, rendendo l'Universo primordiale estremamente "nebbioso". Man mano che il cosmo iniziò a raffreddarsi e ad espandersi, gli scontri tra particelle diventarono meno frequenti.
Questo ebbe due conseguenze: protoni ed elettroni riuscirono ad unirsi per formare atomi neutri senza essere distrutti di nuovo; i fotoni ottennero abbastanza spazio per muoversi. Una volta liberata dalla nebbia, quella luce ha iniziato il suo viaggio cosmico che l'ha portata fino a noi. Ma la luce mantiene anche una memoria del suo ultimo incontro con la materia proprio sotto forma di polarizzazione.

Copyright: ESA and the Planck Collaboration

"La polarizzazione della CMB mostra anche fluttuazioni minuscole da un luogo ad un altro attraverso il cielo: come le variazioni di temperatura, queste riflettono lo stato del cosmo al momento in cui la luce e la materia si separarono", ha detto François Bouchet dell'Institut d'Astrophysique di Parigi (CNRS / UPMC), Francia. "Questo è un potente strumento per valutare in modo indipendente parametri come l'età dell'Universo, il suo tasso di espansione e la sua composizione essenziale di materia normale, di materia oscura e di energia oscura".

I nuovi dettagli scoperti da Planck confermano l'immagine cosmologica standard ma rispondono anche ad una domanda fondamentale:
quando sono nate le prime stelle?

"Dopo che la CMB è stata rilasciata, l'Universo era ancora molto diverso da quello in cui viviamo oggi e ci volle ancora molto tempo prima che le prime stelle si potessero formare", spiega Marco Bersanelli dell'Università degli Studi di Milano, Italia.

"Le osservazioni di Planck della polarizzazione CMB ora ci dicono che questi 'secoli bui' sono terminati circa 550 milioni di anni dopo il Big Bang, cioè oltre 100 milioni di anni più tardi di quanto si pensasse".

"Anche se questi 100 milioni anni possono sembrare trascurabili rispetto all'età dell'Universo di quasi 14 miliardi di anni, fanno una differenza significativa per quanto riguarda la formazione delle prime stelle".

Il Medioevo Cosmico si concluse quando le prime stelle iniziarono a brillare e loro luce ad interagire con gas nell'Universo.
La radiazione stellare iniziò a strappare gli elettroni agli atomi dei gas, ionizzandoli di nuovo (" epoca della reionizzazione", appunto), così come accadeva nell'Universo primordiale: fotoni ed elettroni, anche se con minor frequenza, tornarono a collidere tra loro lasciando un'impronta spia nella CMB.

"Dalle nostre misurazioni delle galassie più lontane e quasar, sappiamo che il processo di reionizzazione era completato quando l'Universo aveva circa 900 milioni di anni", ha detto George Efstathiou della University of Cambridge, UK. "Ma, al momento, è solo grazie ai dati CMB che possiamo sapere quando questo processo è iniziato".

Studi precedenti sul fondo cosmico a microonde, invece, avevano stimato l'inizio della reionizzazione a circa 450 milioni di anni dopo il Big Bang.
Le immagini dello spazio profondo del telescopio spaziale NASA-ESA Hubble hanno fornito un censimento delle prime galassie conosciute nell'Universo, formatesi all'incirca 300-400 milioni di anni dopo il Big Bang. Sembrerebbe, però, che queste non siaro state abbastanza potenti da riuscire a porre fine all'epoca buia.

"In questo caso [se la reionizzazione fosse iniziata prima], avremmo avuto bisogno di ulteriori fonti più esotiche di energia per spiegare la storia della reionizzazione ", ha aggiunto il professor Efstathiou.

Le nuove prove da Planck riducono notevolmente il problema, indicando che la reionizzazione è iniziata più tardi di quanto si credesse.
Trattandosi in un'epoca più recente, la prima generazione di Galassie verrà forse individuata dai telescopi di ultima generazione come il James Webb Space Telescope,

I nuovi documenti sono stati pubblicati il 5 febbraio mentre noi torneremo presto a parlare dei risultati di Plack con gli approfondimenti di Marco Di Lorenzo!

Riferimenti: -
http://sci.esa.int/planck/55385-planck-reveals-first-stars-were-born-late/