Il telescopio spaziale Fermi della NASA ha misurato l’attenuazione della radiazione elettromagnetica emessa da centinaia di sorgenti di raggi gamma distanti, fornendo così una stima dell’attenuazione dovuta alla presenza della radiazione proveniente dalle galassie. In questo modo ha permesso di stimare quanta luce hanno emesso tutte le stelle nella storia dell’universo
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L’universo ha 13,7 miliardi di anni e già poche centinaia di milioni di anni dopo il big bang da cui ha avuto origine, è iniziata la formazione delle stelle. Da allora questo processo di formazione stellare non si è mai interrotto. Attualmente si contano milioni di miliardi di miliardi di stelle, riunite in circa 2000 miliardi di galassie.

Ora per la prima volta, Marco Ajello e colleghi della collaborazione Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT), hanno contato quanta luce hanno emesso tutte le stelle nella storia del cosmo. Secondo quanto riportato in un articolo su “Science”, in termini di fotoni, i quanti di luce, si tratterebbe di un numero inimmaginabile: circa 4 per 10 elevato alla 84 (ovvero 4 seguito da 84 zeri).

Non si tratta ovviamente di un conteggio fotone per fotone, stella per stella, un’impresa che non sarebbe possibile né con Fermi, telescopio spaziale della NASA a cui collaborano le agenzie spaziali di Italia, Francia, Giappone e Svezia, né con altri strumenti e dispositivi, ma di una stima basata su modelli cosmologici e misurazioni astrofisiche.

La radiazione emessa da tutte le galassie nell’intera storia dell’universo nelle lunghezze d’onda dello spettro visibile, dell’ultravioletto e dell’infrarosso è chiamata luce extragalattica di fondo (extragalactic background light, EBL). Questa EBL lascia una traccia evidente quando si osservano le sorgenti lontane che emettono una radiazione elettromagnetica molto energetica, i raggi gamma. Il fenomeno della traccia si verifica perché i fotoni interagiscono tra loro. In pratica, l’EBL rende opaca la radiazione gamma, o in altre parole la attenua.

Ajello e colleghi (tra i quali ricercatori dell’Istituto nazionale di fisica nucleare, dell’Istituto nazionale di astrofisica, dell’Agenzia spaziale italiana e delle università di Padova, Trieste, Perugia e del Politecnico di Bari) di  hanno misurato questa attenuazione in 739 galassie attive e un lampo gamma, uno dei processi di emissione di radiazione più energetici di tutto l’universo, osservati con il telescopio spaziale Fermi. Da queste misurazioni è stato possibile ricostruire l’evoluzione dell’EBL e determinare la storia cosmica della formazione stellare, cioè il tasso di nascita di stelle in funzione dell’età dell’universo: questo parametro sintetizza la storia della formazione stellare a partire dal big bang, per il 90 per cento circa del tempo cosmico.

Le sorgenti osservate sono tutte a distanze diverse rispetto alla Terra, e in astronomia guardare più lontano nello spazio significa andare più indietro nel tempo, perché nel vuoto la luce ha una velocità molto elevata – quasi 300.000 chilometri al secondo – ma pur sempre limitata. E quindi la luce che vediamo ora di una sorgente distante da noi, poniamo, un miliardo di anni luce ci racconta di un viaggio nello spazio iniziato un miliardo di anni fa.

”Abbiamo misurato la luce stellare totale di ogni epoca: un miliardo di anni fa, due miliardi, tre miliardi, e così via, fino ad arrivare alle prime stelle formatesi nell’universo”, ha commentato Vaidehi Paliya, coautore dello studio. “Questo ha permesso di ricostruire l’EBL e di determinare la storia di formazione stellare dell’universo con un’efficacia mai raggiunta prima”.

“I fotoni gamma che viaggiano attraverso la ‘nebbia’ della luce stellare hanno una grande probabilità di essere assorbiti”, gli ha fatto eco Ajello, sintetizzando la metodologia dello studio. “Misurando quanti fotoni sono stati assorbiti, siamo riusciti a misurare quanto era fitta questa nebbia, e a misurare, in funzione del tempo, quanta luce c’era sull’intero spettro delle lunghezze d’onda”.

La storia della formazione stellare così ricostruita è risultata in buon accordo con le misurazioni ottenute in modo indipendente nell’ambito del monitoraggio delle galassie.