Universo, captato un segnale radio di 4,5 miliardi di anni fa con MeerKAT: nuova via per mappare il cosmo

Il segnale è debolissimo, e ha viaggiato per circa 4,5 miliardi di anni prima di essere registrato in Sudafrica dal radiotelescopio MeerKAT. Era stato emesso quando l'Universo aveva poco più di nove miliardi di anni. Portava con sé una traccia dell'idrogeno neutro, e quella traccia permette di capire come la materia si è distribuita nel cosmo.

Il risultato è stato ottenuto dalla collaborazione internazionale MeerKLASS e pubblicato sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. È un passo verso mappe tridimensionali dell'Universo, che in futuro potrebbero aiutare a rispondere a domande aperte della cosmologia, dalla formazione delle strutture cosmiche alla natura dell'energia oscura. Un aspetto pesa più degli altri: il segnale è stato individuato usando solo le osservazioni radio, senza confrontarle con cataloghi esterni di galassie.

I dati analizzati risalgono al 2021 e coprono circa 236 gradi quadrati di cielo. Il principio fisico è noto: l'idrogeno, l'elemento più abbondante dell'Universo, emette una radiazione caratteristica a 21 centimetri. Come spiega Stefano Camera, dell'Università di Torino, l'espansione cosmica modifica la lunghezza d'onda durante il viaggio, e misurarla dà informazioni sulla distanza e sull'epoca di origine del segnale.

La tecnica si chiama intensity mapping, mappatura dell'intensità. Invece di distinguere le singole galassie, raccoglie l'emissione complessiva dell'idrogeno di molti sistemi galattici, anche quando non si possono separare uno per uno. Così si studiano regioni di spazio molto vaste e si ricostruisce la rete cosmica, la struttura su larga scala lungo cui si dispongono le galassie.

La difficoltà maggiore era separare questo segnale dal resto. Lo strumento riceve tutta la radiazione radio in arrivo, compreso il fondo emesso dalla Via Lattea. Isabella Paola Carucci, dell'INAF di Trieste, spiega che queste contaminazioni possono superare il segnale cercato di centomila o anche di un milione di volte. Lo paragona al tentativo di ascoltare una conversazione sussurrata durante un concerto.

Il metodo ha sfruttato le 64 antenne di MeerKAT usate come telescopi indipendenti, configurazione adatta a osservare rapidamente grandi porzioni di cielo. I ricercatori hanno costruito mappe con gruppi diversi di antenne e in momenti diversi. Matilde Barberi-Squarotti, dell'Università Statale di Milano, spiega che il segnale cosmico è comune a tutte le mappe, mentre rumore ed effetti strumentali non condivisi si riducono. L'analisi ha raggiunto un rapporto segnale-rumore di 6,2 e ha superato una serie di verifiche di robustezza.

Il traguardo arriva dopo dieci anni di lavoro di ricercatori in sette Paesi e tre continenti. Mário Santos, dell'Università del Capo Occidentale e responsabile scientifico di MeerKLASS, lo definisce una pietra miliare per la mappatura d'intensità a 21 centimetri come strumento cosmologico. Ricorda che molti dei ricercatori sono giovani che vi hanno dedicato l'intera carriera finora, e ringrazia il South African Radio Astronomy Observatory (SARAO), che ha costruito e gestisce MeerKAT. Per l'Italia hanno partecipato Barberi-Squarotti, Camera e Carucci.

L'obiettivo a lungo termine resta costruire mappe tridimensionali di grandi volumi di Universo, per seguire come la materia si è organizzata nel tempo e mettere alla prova i modelli di gravità ed energia oscura con un metodo diverso da quello basato sulle singole galassie.