Famoso film del 1976, remake di un film del 1954, a sua volta remake di un film del 1937. Un altro remake è annunciato per il 2018. Insomma, un eclatante caso di sceneggiatura non originale: la vera storia originale è molto più antica, secondo la cosmologia.
Comunque si sia originato l’Universo, 13 miliardi e 700 milioni di anni fa, la sua struttura è passata da un’iniziale ed indistinta miscela particelle ed energia (quindi una non-struttura, in realtà) alla formazione dei primi atomi e poi delle prime stelle. Fino ad ora si riteneva che il tempo necessario per queste prime fasi fosse dell’ordine di circa 400 milioni di anni. Ma l’Astrofisica di questi anni è caratterizzata dal più e dal meno. Non nel senso di una deplorevole ed inconciliabile approssimazione, ma nel senso che le nuove continue scoperte, teorie ed osservazioni indicano come in realtà quel certo fenomeno stellare sia molto più breve o quel certo corpo celeste sia molto più massiccio, o quell’evoluzione duri molto meno, o quella materia molto meno densa, di quanto risultasse fino ad allora. Anche il tempo d’incubazione delle prime stelle non fa eccezione; è appurato che sia stato molto meno lungo di quanto scritto nei testi di Astrofisica: “appena” 180 milioni di anni dopo il Big Bang.
Per capire come si è arrivati a questa conclusione occorre ricordare che l’Idrogeno, il più elementare tra gli atomi, è l’elemento di gran lunga più presente nell’Universo, e quindi il principale ingrediente delle stelle. La differenza tra un semplice Protone e un atomo di Idrogeno sta nella presenza di un elettrone, e quando i Protoni cominciano a catturare un elettrone significa che nell’Universo inizia ad apparire materia organizzata: atomi appunto. Atomi di Idrogeno. Allora anche le stelle possono iniziare a formarsi. Il problema è dunque stabilire quando vengono ‘costruiti’ i primi atomi di Idrogeno. La Natura ci viene in aiuto: esiste un segnale, la ‘firma’ dell’Idrogeno, come viene chiamata, che è il ribaltamento del suo elettrone ed è la più piccola modifica energetica che l’atomo di Idrogeno può subire assorbendo la radiazione elettromagnetica. L’elettrone rimane sulla sua orbita, ma si capovolge. In Spettroscopia si chiama riga a 21 cm, ed è quella preziosa informazione che, per esempio, ci permette di stimare forma ed estensione della nostra Galassia, proprio attraverso la distribuzione dell’Idrogeno che essa contiene.
C’è una piccola complicazione. A causa dell’espansione dell’Universo e del conseguente spostamento verso il rosso della radiazione che ci giunge dalle ere remote (red-shift), questa importante lunghezza d’onda non è più a 21 cm, ma è stata rivelata a quasi 4 metri. Ma questa è una fortuna, perché è un’utile caratteristica che ci permette di stabilire da quanto lontano nel tempo quest’onda ci giunga. E’ una misura dell’età del fenomeno. Il calcolo dice appunto oltre 13 miliardi e 600 milioni di anni. La perplessità del lettore potrebbe essere: ma assorbimento di quale radiazione, visto che le stelle erano ancora in formazione? Ottima domanda, ma con facile risposta: l’assorbimento si presenta nella radiazione fossile, quella generata dall’esplosione del Big Bang, nota come Fondo Cosmologico di Microonde, che negli ultimi anni è stata oggetto di studio approfondito grazie a sonde spaziali e misure a terra. Sono state queste ultime a fare la scoperta: le antenne radio Edges, nel deserto australiano. Magari ne parliamo un’altra volta.
FIGURA 1
Una delle antenne Edges, grande quanto un frigorifero, con cui è stato possibile individuare le tracce delle stelle primordiali. E’ collocata nel deserto australiano.
FIGURA 2
Nei riquadri in alto, il grafico che mostra l’effetto della riga d’assorbimento dell’idrogeno osservato da Edges sulla radiazione cosmica di fondo all’epoca della fine dell’era oscura (J. D. Bowman et al., Nature 2018). In basso, il segnale previsto nel 2000 da un ricercatore italiano, P. Tozzi