Quando e come si sono accese le prime stelle: la nascita della luce

Dall’oscurità totale alla luce: l’epoca successiva al Big Bang ha visto accendersi le prime stelle dell’Universo, e il cosmo illuminarsi per la prima volta. Thesan è l’imponente simulazione che ricostruisce, con un’accuratezza mai raggiunta sino ad ora, il momento della nascita della luce. I primi flebili bagliori compaiono sul fondo nero della simulazione, in una danza di punti luminosi che aumentano, fino a creare l’immagine di un Universo illuminato per la prima volta.

L’alba dell’Universo

Thesan è la dea etrusca dell’alba, associata alla nascita della vita: il suo nome è stato scelto per la più dettagliata simulazione di sempre dell’Universo primordiale, quando la luce si è affacciata per la prima volta ad illuminare la storia del cosmo.

Descritta in tre diversi articoli pubblicati sulla rivista della Royal Astronomical Society, Thesan è il frutto della collaborazione tra l’Università di Harvard – Smithsonian, il MIT e il Max Planck Institute for Astrophysics.

Il progetto è la più grande simulazione dell’alba cosmica mai realizzata, uno sforzo necessario per “spingere le frontiere della nostra comprensione del medium intergalattico e le sue connessioni alle galassie durante i primi milioni di anni successivi al Big Bang”, come si legge sul sito del progetto Thesan.

La grande simulazione prende in esame in particolare la reionizzazione, il periodo dell’alba cosmica in cui il gas primordiale che permeava l’intero Universo passò dallo stato neutro a quello di plasma ionizzato, permettendo il passaggio della luce.

Fu allora che iniziarono a nascere le prime stelle e le prime galassie: “Dopo essersi formate nel neonato Universo, le prime stelle hanno rilasciato grandi quantità di fotoni nel medium intergalattico che le circondava” spiegano gli scienziati. “Questo ha gradualmente trasformato l’idrogeno neutro in un plasma ionizzato, un processo noto come reionizzazione cosmica”.

Da questo momento la luce non viene più assorbita dall’idrogeno, e l’Universo inizia ad essere visibile: “La reionizzazione è l’ultima fase di trasformazione dell’Universo, qui cambia per sempre il piano su cui si formano stelle e galassie”.

Thesan e James Webb

Le simulazioni del progetto Thesan sono così dettagliate da mostrare particolari sino ad ora sconosciuti agli astronomi, e includono per la prima volta anche la polvere interstellare, che può fornire importanti indizi sulle condizioni dell’Universo primordiale.

Thesan è la ricostruzione di quel periodo della vita dell’Universo di cui il Telescopio Spaziale James Webb potrebbe finalmente rivelarci i misteri. Come spiega Rahul Kannan del Centro di Astrofisica di Harvard e Smithsonian, tra gli autori del progetto, “molti dei telescopi che stanno per entrare in funzione come il JWST sono progettati specificamente per studiare questa epoca”.

James Webb sarà in grado di guardare indietro nel tempo fino a 13,5 miliardi di anni, mostrando per la prima volta l’aspetto dell’Universo a quei tempi: “È qui che entrano in gioco le nostre simulazioni; ci aiuteranno a interpretare le vere osservazioni di questo periodo e a capire cosa stiamo vedendo”.

I dati del telescopio saranno molto presto confrontati con i risultati della ricostruzione: “O le nostre simulazioni e il nostro modello Thesan saranno d’accordo con ciò che trova JWST” spiega Mark Vogelsberger del MIT “oppure la nostra comprensione dell’Universo primordiale è sbagliata”.

Nonostante gli enormi progressi degli ultimi anni nella conoscenza del cosmo e delle leggi che lo governano, sono ancora molte le cose da scoprire in questa fase così lontana della vita dell’Universo: uno dei compiti più importanti di James Webb sarà proprio quello di illuminare quest’epoca ancora in parte sconosciuta.