La collaborazione MeerKLASS ha ricostruito dalle sole osservazioni radio come si distribuiva l’idrogeno neutro su grandi scale. Il risultato apre una strada per studiare l’evoluzione della rete cosmica.
Un segnale emesso circa 4,5 miliardi di anni fa ha permesso agli astronomi di misurare come si raggruppava l’idrogeno neutro quando l’universo aveva poco più di nove miliardi di anni. La collaborazione internazionale MeerKLASS ha analizzato le osservazioni raccolte nel 2021 dal radiotelescopio sudafricano MeerKAT su circa 236 gradi quadrati di cielo. La misura, pubblicata su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, ha raggiunto un rapporto segnale-rumore di 6,2.
Una mappa radio con la profondità
L’idrogeno neutro emette a una lunghezza d’onda caratteristica di 21 centimetri. Durante il viaggio, l’espansione dell’universo allunga l’onda e ne abbassa la frequenza. MeerKAT ha raccolto il segnale in una banda compresa tra circa 971 e 1.024 MHz, con un redshift effettivo di 0,42. La direzione di arrivo colloca l’emissione nel cielo, mentre la frequenza aiuta a stabilire da quale profondità proviene.
La tecnica, chiamata mappatura d’intensità, raccoglie l’emissione complessiva dell’idrogeno di molte galassie, anche quando sono troppo deboli per essere distinte singolarmente. Gli astronomi misurano quanto varia la luminosità radio da una regione all’altra e su quali scale queste variazioni sono più marcate. È così che il gas rivela la distribuzione della materia su grandi distanze.
Lo stesso cielo, osservato più volte
La parte più difficile è separare il debole segnale cosmico dalle emissioni radio molto più intense della Via Lattea e dagli effetti strumentali. Il gruppo ha costruito mappe della stessa regione usando gruppi diversi delle 64 antenne di MeerKAT e osservazioni effettuate in momenti differenti. Il confronto fra le mappe fa emergere la struttura celeste che condividono e riduce il rumore che varia da un’osservazione all’altra. Gli autori hanno anche stimato quanta parte del segnale cosmico poteva andare persa durante la rimozione delle contaminazioni.
La misura della distribuzione dell’idrogeno è stata ricavata dalle sole mappe radio, senza usare un catalogo esterno di galassie per far emergere il segnale. All’analisi hanno contribuito, tra gli altri, Matilde Barberi-Squarotti dell’Università Statale di Milano, Stefano Camera dell’Università di Torino e Isabella Paola Carucci dell’Inaf di Trieste.
Con indagini più estese, come quelle previste dallo SKA Observatory, lo stesso metodo potrà seguire la distribuzione dell’idrogeno a epoche diverse. Confrontare quelle mappe permetterà di studiare come è cresciuta la rete cosmica e di mettere alla prova i modelli che descrivono l’espansione dell’universo.
