Nubi di gas primordiale confermano teoria del Big Bang

SANTA CRUZ, CA – Per la prima volta, gli astronomi hanno scoperto nubi incontaminate del gas primordiale che si è costituito nei primi minuti dopo il Big Bang. La composizione del gas era finora solo basata su previsioni teoriche, e la scoperta ora fornisce la prova diretta alla teoria cosmologica sulle origini degli elementi nell’universo.

Solo gli elementi più leggeri, per lo più idrogeno ed elio, sono stati creati nel Big Bang. Solo dopo alcune centinaia di milioni anni i grumi di questo gas primordiale si iniziò a condensare per formare le prime stelle, dove sono stati forgiati gli elementi più pesanti. Finora, gli astronomi avevano sempre rilevato “metalli” (il loro termine per indicare tutti gli elementi più pesanti di idrogeno e elio) ovunque abbiano cercato nell’universo.

“Abbiamo fino ad oggi cercato in lungo e in largo per scoprire se ci fosse ancora materiale primordiale incontaminato nell’universo, ma non eravamo ancora riusciti fino ad ora. Questa è la prima volta che abbiamo osservato del gas non contaminato da elementi più pesanti prodotti successivamente dalle stelle”, ha detto Xavier J. Prochaska, professore di astronomia e astrofisica presso l’Università di California, Santa Cruz. Prochaska è coautore di un articolo sui risultati pubblicati online su Science il 10 novembre. Il primo autore, Michele Fumagalli è uno studente laureato sempre presso la stessa università, mentre il co-autore John O’Meara lavora presso il Saint Michael’s College, Vermont.

“La mancanza di metalli ci dice che questo gas è intatto”, ha detto Fumagalli. “E’ molto eccitante, perché è la prima evidenza che soddisfa ampiamente la previsione di composizione del gas primordiale presente nella teoria del Big Bang.”

I ricercatori hanno scoperto le due nubi di gas incontaminato analizzando la luce proveniente da lontanissimi distanti, utilizzando lo spettrometro HIRES montato sul telescopio Keck I al Keck Observatory alle Hawaii.

Ogni materiale ha la sua “impronta digitale, ossia uno spettro di assorbimento caratteristico degli elementi che lo compongono. Quindi diffondendo la luce di un quasar in uno spettro di lunghezze d’onda differenti, i ricercatori possono vedere quali lunghezze d’onda sono state assorbite dal materiale che si trovava tra il quasar e il telescopio, e in questo modo risalire precisamente alla natura della materia che sta tra noi e il quasar.

Ogni elemento ha una sua specifica struttura che si presenta come linee scure nello spettro. Negli spettri dalle nubi di gas, i ricercatori hanno visto solo idrogeno e deuterio (il suo isotopo pesante). Prochaska ha detto: “Non abbiamo una elevata sensibilità all’elio, ma ci si aspetteremmo di vedere che c’era”, ha osservato. “Tuttavia, abbiamo una eccellente sensibilità per carbonio, ossigeno e silicio, e questi elementi sono completamente assenti dalle bande”.

Prima di questa scoperta, la più bassa misura sull’abbondanza di “metalli” nell’universo erano circa un millesimo della “metallicità” del sole. “I ricercatori avevano pensato che ci fosse un ‘limite inferiore’ per la metallicità, che non poteva scendere sotto un millesimo di quello solare, per via della dispersione dei metalli prodotti nelle galassie nell’universo,” ha detto Fumagalli. “Quindi questa scoperta era inaspettata. E’ un nuova sfida le nostre idee su come i metalli si sono dispersi dalle stelle che li producono”.

L’analisi spettrografica delle nubi di gas incontaminato le colloca a circa 2 miliardi di anni dopo il Big Bang, o quasi 12 miliardi di anni fa. A quel tempo, i modelli teorici prevedono che le galassie stavano crescendo e iniziavano ad attirare flussi di gas freddo verso di esse. Ma questi “flussi di gas freddo” non sono mai stati visti. Secondo Fumagalli, le nubi di gas incontaminate sono ora dei candidati potenziali.