Lumina: la “foto” dell’universo dopo il Big Bang

Il telescopio spaziale James Webb ha contribuito a creare una foto all’universo subito dopo il Big Bang. Ovvero, insieme all’università di Harvard e allo Smithsonian Institute l’apparecchio ha simulato in una sorta di film le fasi iniziali dell’universo. In particolare, spiega oggi Repubblica, la reionizzazione che coincide con la propagazione della luce. La simulazione si chiama Lumina e ha sfruttato i dati del telescopio e di Frontier, il computer più potente d’America, che si trova a Oak Ridge in Tennessee e sa svolgere un quintilione di operazioni al secondo.

Lumina

La foto è una rappresentazione di galassie, materia oscura e buchi neri nei primi due miliardi di vita dell’universo, che oggi ha 13,8 miliardi di anni. La descrizione si trova sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. «Webb ci permette di osservare l’universo fino a 13 miliardi e mezzo di anni fa, vicino al Big Bang» spiega al quotidiano Adriano Fontana, dirigente di ricerca dell’Inaf, l’Istituto Nazionale di Astrofisica. «All’epoca tutta la materia era sotto forma di gas, una sorta di nebbia che impediva alla luce di viaggiare. Poi stelle e galassie si sono gradualmente accese e hanno ionizzato il gas (hanno cioè separato gli elettroni dai protoni negli atomi di idrogeno), permettendo alla luce di attraversarlo. L’universo, gradualmente, è diventato così trasparente. Il processo si è completato entro il primo miliardo di anni di età dell’universo, ma gli stadi intermedi non sono chiari».

La diffusione della luce

L’esperto spiega che la diffusione della luce è «un processo complicato. Si parte da una singola stella. È come un piccolo seme luminoso che può esplodere scagliando materia incandescente nelle vicinanze, interferendo nella formazione di altre stelle, in un crescendo di radiazione che porta alla reionizzazione di tutto l’universo. È un processo caotico, non dissimile dal battito d’ali della farfalla che crea un uragano dall’altra parte del mondo».

La materia oscura

Protagonisti sono i buchi neri. Anche la materia che ingoiano produce radiazioni che contribuiscono alla reionizzazione. Poi c’è la materia oscura, che esercita una forza di gravità sugli altri attori del cosmo ed è sei volte più abbondante della materia ordinaria. E con le sue aggregazioni forma stelle che possono esplodere emettendo gas incandiscenti attraversano le galassie, viaggiando per milioni di anni luce. «Senza questa grande confusione non sarebbero nate la nostra galassia, la Terra, la vita» spiega Fontana. «Le stelle si sarebbero formate contemporaneamente e si sarebbero già spente. Agitazione e calore ne hanno rimandato la formazione, scaglionandone l’accensione nelle varie epoche dell’universo».

L’universo appena nato

Secondo il ricercatore «l’universo appena nato era come un mare all’apparenza piatto, in realtà con onde molto piccole. La materia era distribuita piuttosto uniformemente, ma con piccole disomogeneità. La forza di gravità col tempo ha amplificato le discrepanze, creando aggregati di materia sempre più grandi, fino a formare stelle, galassie, buchi neri. Nel rendering vediamo l’effetto di queste disomogeneità. Lumina, ma come loro tanti scienziati nel mondo, ricostruisce il processo da qualche milione di anni dopo il Big Bang fino a due miliardi di anni dopo».

Nell’immagine la materia oscura «è la parte viola scura, mentre giallo e arancione rappresentano la materia ordinaria. La materia oscura è invisibile per noi. Non si scalda e non interagisce con la materia. Sente solo la forza di gravità. Può avere una galassia che esplode accanto a sé, e lei resta impassibile. La materia ordinaria, quella che vediamo comunemente accanto a noi, può subire invece tante perturbazioni. Si scalda, si comprime, può aggregarsi e formare stelle, galassie, buchi neri».