Quando osserviamo il cielo notturno a occhio nudo vediamo stelle, pianeti e la tenue scia della Via Lattea. Ma se potessimo guardarlo con occhi sensibili alle onde radio, apparirebbe molto diverso: un’immensa sorgente diffusa di radiazione prodotta dalla nostra Galassia e da miliardi di oggetti cosmici sparsi nell’Universo.
Ora una nuova ricerca pubblicata su Nature Astronomy rivela che questo cielo radio è significativamente più luminoso di quanto gli astronomi avessero stimato finora. La scoperta, ottenuta grazie a misure di precisione effettuate in Australia e alla quale ha contribuito anche l’INAF, potrebbe avere importanti conseguenze per alcuni dei più ambiziosi progetti astronomici del prossimo decennio.
Un Universo che brilla alle basse frequenze
Lo studio ha misurato con una precisione senza precedenti la brillanza del cielo radio nella banda compresa tra 60 e 350 MHz, una regione dello spettro radio particolarmente importante per studiare la struttura della Via Lattea e l’Universo primordiale.
I risultati mostrano che uno dei modelli di riferimento più utilizzati dai radioastronomi sottostima la luminosità reale del cielo. Alle frequenze più basse la differenza è dell’ordine del 20%, mentre intorno ai 350 MHz può raggiungere addirittura il 50%.
In altre parole, il cielo radio appare molto più “luminoso” di quanto ci si aspettasse.
Perché è importante?
Potrebbe sembrare un dettaglio tecnico, ma non lo è affatto.
Quando un radiotelescopio osserva il cosmo, deve distinguere segnali debolissimi provenienti da oggetti lontanissimi da un intenso fondo radio diffuso. Se il livello di questo fondo viene stimato in modo errato, anche l’interpretazione dei dati rischia di essere alterata.
Per questo motivo i modelli del cielo radio rappresentano uno strumento fondamentale per la radioastronomia moderna.
Come ha spiegato Pietro Bolli dell’INAF, tra i coautori dello studio, il risultato suggerisce la necessità di introdurre correzioni ai modelli utilizzati attualmente dalla comunità scientifica, molti dei quali derivano da misure effettuate decenni fa.
Il contributo italiano
Tra i protagonisti della ricerca figura proprio Pietro Bolli, dirigente tecnologo dell’INAF e responsabile di attività legate alla progettazione e all’analisi elettromagnetica delle antenne di SKA-Low, il futuro gigantesco radiotelescopio a basse frequenze che sorgerà in Australia.
Le osservazioni sono state effettuate utilizzando un’antenna del tipo SKALA 4.1, lo stesso modello scelto per equipaggiare SKA-Low, insieme a un ricevitore sviluppato dalla CSIRO australiana appositamente per misure radiometriche ad altissima precisione.
La ricerca rappresenta quindi anche una verifica diretta delle tecnologie che saranno impiegate nel più grande osservatorio radio mai costruito.
Verso l’alba cosmica
Uno degli obiettivi principali di SKA-Low sarà osservare le epoche più remote della storia cosmica, quando si formarono le prime stelle e le prime galassie.
Questi segnali sono estremamente deboli e risultano immersi in un intenso fondo radio prodotto principalmente dall’emissione di sincrotrone della Via Lattea e dall’insieme delle sorgenti extragalattiche. Comprendere con precisione questo fondo è essenziale per riuscire a estrarre le informazioni provenienti dall’Universo primordiale.
In questo senso, la nuova misura costituisce un tassello fondamentale per preparare le future osservazioni cosmologiche.
Un possibile indizio sulla materia oscura?
La scoperta potrebbe avere implicazioni che vanno oltre la semplice calibrazione strumentale.
Secondo quanto evidenziato dai ricercatori, l’eccesso di emissione osservato alle frequenze più elevate della banda studiata potrebbe alimentare nuove ipotesi sulla sua origine. Tra le possibilità prese in considerazione vi sono anche fenomeni fisici ancora poco compresi che potrebbero coinvolgere la materia oscura nell’Universo primordiale.
Si tratta naturalmente di scenari ancora speculativi, ma che mostrano come una misura apparentemente tecnica possa aprire nuove prospettive sulla fisica fondamentale.
Preparando la rivoluzione di SKA
Le osservazioni utilizzate nello studio sono state effettuate con una singola antenna capace di monitorare vaste porzioni di cielo. SKA-Low funzionerà invece come un enorme interferometro composto da centinaia di stazioni, ciascuna formata da 256 antenne, offrendo una sensibilità e una risoluzione senza precedenti.
Prima che questa rivoluzione scientifica possa iniziare, però, è necessario conoscere perfettamente il “rumore di fondo” del cosmo radio.
Ed è proprio questo che il nuovo studio contribuisce a fare: costruire una mappa più accurata dell’Universo radio, permettendo ai futuri radiotelescopi di osservare più lontano nel tempo e più in profondità nella storia cosmica.
A volte le grandi scoperte non arrivano osservando un nuovo oggetto, ma comprendendo meglio ciò che pensavamo già di conoscere. E il cielo radio, a quanto pare, aveva ancora qualcosa da raccontarci.
