Cosa ha ionizzato l’universo?


 

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Un’immagine dell’Hubble Space Telescope di una palla di fuoco a luce visibile in rapida dissolvenza da una raffica di raggi gamma (GRB) in una galassia lontana.

Il gas caldo scarsamente distribuito che esiste nello spazio tra le galassie, il mezzo intergalattico, è ionizzato. La domanda è: perché ? Gli astronomi sanno che una volta che l’universo iniziale si è espanso e raffreddato abbastanza, l’idrogeno (il suo costituente principale) si è ricombinato in atomi neutri. Poi, una volta che le stelle massicce appena formate hanno cominciato a brillare nella cosiddetta “era della riionizzazione”, la loro potente radiazione ultravioletta ha presumibilmente ionizzato il gas nei processi che continuano ancora oggi. Uno dei passi fondamentali, tuttavia, non è ben compreso, vale a dire la misura in cui la radiazione ionizzante stellare fuoriesce dalle galassie nell’IGM. Solo se la frazione che fuoriusciva era abbastanza alta durante l’era della riionizzazione la luce delle stelle avrebbe potuto fare il lavoro, altrimenti era necessaria qualche altra sorgente significativa di radiazioni ionizzanti. Ciò potrebbe implicare l’esistenza di un’importante popolazione di oggetti più esotici come i deboli quasar, le stelle binarie a raggi X, o forse anche particelle in decadimento/annichilazione.

Gli studi diretti della luce ultravioletta estrema sono difficili perché il gas neutro la assorbe molto fortemente. Poiché l’universo si sta espandendo, lo spettro assorbito copre sempre più della gamma ottica con la distanza fino a quando le osservazioni ottiche di galassie cosmologicamente remote sono essenzialmente impossibili. L’astronomo del CfA Edo Berger si è unito ad un grande team di colleghi per stimare la quantità di gas assorbente guardando gli spettri dei raggi gamma burst (GRB). I GRB sono esplosioni molto luminose di radiazioni prodotte quando il nucleo di una stella massiccia collassa. Sono abbastanza brillanti che quando la loro radiazione viene assorbita in stretti elementi spettrali da gas lungo la linea di vista, queste caratteristiche possono essere misurate e utilizzate per calcolare la quantità di assorbimento di idrogeno atomico. Tale numero può quindi essere convertito direttamente in una frazione di fuga per la luce ultravioletta della galassia associata. Sebbene una singola osservazione di una GRB in una galassia non fornisca una misura sufficiente, si ritiene che un campione di diversi GRB sia in grado di fornire una misura rappresentativa attraverso tutte le linee di vista alle stelle massicce.

Gli astronomi hanno attentamente misurato gli spettri di 140 GRB in galassie che vanno fino a epoche lontane, poco meno di un miliardo di anni dopo il big bang. Essi hanno trovato una piccolissima frazione di fuga – meno dell’1% circa dei fotoni ionizzanti si trovano nel mezzo intergalattico. Il risultato drammatico è che le stelle forniscono solo un piccolo contributo al bilancio di radiazioni ionizzanti nell’universo da quel periodo iniziale ad oggi, nemmeno nelle galassie che producono attivamente nuove stelle. Gli autori discutono le possibili ragioni per cui i GRB potrebbero non fornire una misura accurata dell’assorbimento, anche se nessuna è particolarmente convincente. Il risultato ha bisogno di conferma e misurazioni aggiuntive, ma suggerisce che è necessaria una seria riconsiderazione del bilancio ionizzante del mezzo intergalattico dell’universo.

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