Riassunto:
Un gruppo internazionale di ricerca astronomica ha recentemente utilizzato un gigantesco radiotelescopio per rilevare con successo segnali radio estremamente deboli di atomi di idrogeno neutri provenienti da una galassia distante miliardi di anni luce. Questo risultato di rilevamento ha battuto il record precedente per la distanza più lunga di osservazioni simili e ha fornito agli astronomi una nuova finestra di osservazione chiave per risalire direttamente alle riserve di gas combustibile nelle prime fasi della formazione delle prime stelle e galassie nell’universo.
L'idrogeno neutro (idrogeno atomico) è l'elemento base più abbondante nell'universo ed è anche un "carburante" fondamentale indispensabile per la nascita delle stelle e la crescita e l'evoluzione delle galassie. Nella banda radio, gli atomi di idrogeno neutri emettono una caratteristica radiazione elettromagnetica con una lunghezza d'onda di circa 21 cm (la famosa linea dell'idrogeno di 21 cm). Tuttavia, la probabilità di transizione di spin di un singolo atomo di idrogeno è estremamente bassa e un singolo segnale debole si attenua in modo estremamente grave quando attraversa il lungo spazio profondo dell'universo. Pertanto, in condizioni di osservazione convenzionali, i radiotelescopi esistenti difficilmente possono rilevare la radiazione di idrogeno neutro di una singola galassia distante miliardi di anni luce dalla Terra.
Per oltrepassare questo limite dell'osservazione fisica, il team di ricerca scientifica ha abilmente preso in prestito la "super lente d'ingrandimento" dell'universo: l'effetto lente gravitazionale. Quando le deboli onde radio emesse dalla galassia bersaglio dello spazio profondo passano davanti a un'altra galassia massiccia o ammasso di galassie nel loro cammino verso la terra, l'enorme campo gravitazionale dell'oggetto anteriore piega e converge i segnali luminosi e radio della galassia posteriore come una lente convessa, amplificando così in modo significativo più volte le linee spettrali caratteristiche dell'idrogeno neutro originariamente estremamente fioche, in modo che possano finalmente essere catturate chiaramente dal sistema di ricezione radio ad alta sensibilità sulla terra.
Calcolando con precisione lo spostamento verso il rosso della linea spettrale di 21 centimetri rilevata, i ricercatori non solo hanno individuato la porzione temporale specifica della galassia in decine di miliardi di anni di evoluzione cosmica, ma hanno anche calcolato ulteriormente la massa totale di gas idrogeno neutro contenuto all'interno della galassia. L’analisi dei dati mostra che durante l’età dell’oro dell’universo, miliardi di anni fa, questa galassia aveva una riserva molto più grande di gas idrogeno neutro rispetto alle galassie vicine moderne della stessa dimensione, confermando direttamente l’inferenza fisica che l’attività di formazione stellare era più intensa nell’universo primordiale.
Gli astronomi hanno sottolineato che questa osservazione fondamentale non solo ha confermato la fattibilità tecnica di combinare l'effetto di lente gravitazionale per superare il limite superiore della distanza di rilevamento dei radiotelescopi, ma ha anche fornito una verifica metodologica chiave e un riferimento scientifico per la struttura radioastronomica ultra-grande di prossima generazione, lo Square Kilometer Array Radio Telescope (SKA), che sarà pienamente operativo nei prossimi anni. Si prevede che in futuro rivelerà sistematicamente il modo in cui le principali galassie dell’universo primordiale accumularono gas e guidarono l’ondata di nascita stellare che durò per centinaia di milioni di anni.
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