L’universo agli inizi: la mappa che svela il caos cosmico

Il contrasto tra materia oscura e materia ordinaria è uno degli elementi più evidenti della ricostruzione: la prima appare in tonalità viola profonde, mentre la seconda è indicata con sfumature gialle e arancioni. La materia oscura non emette luce, non si riscalda e non reagisce agli eventi che coinvolgono ciò che la circonda; risente soltanto della gravità.

Al contrario, la materia ordinaria può comprimersi, scaldarsi e aggregarsi fino a dare origine a stelle, galassie e buchi neri. Anche un’esplosione stellare avvenuta nelle vicinanze non modifica il comportamento della componente oscura, che resta invisibile e apparentemente insensibile agli sconvolgimenti cosmici.

Le piccole irregolarità fecero nascere il cosmo

All’inizio l’universo sembrava quasi uniforme, come una distesa calma attraversata però da increspature minime. Quelle variazioni nella distribuzione della materia furono progressivamente rafforzate dall’attrazione gravitazionale, fino a produrre strutture sempre più estese.

Da questo processo emersero, in successione, gli aggregati che avrebbero formato stelle, galassie e buchi neri. «L’universo appena nato era come un mare all’apparenza piatto, in realtà con onde molto piccole», spiega Adriano Fontana, dirigente di ricerca dell’Istituto Nazionale di Astrofisica. La simulazione segue questa evoluzione da alcuni milioni di anni dopo il Big Bang fino al raggiungimento dei due miliardi di anni.

Lumina dà forma alla storia primordiale

È questo il percorso ricostruito da Lumina, una simulazione realizzata combinando le osservazioni del telescopio spaziale James Webb con la potenza di Frontier, il supercomputer installato a Oak Ridge, in Tennessee. La macchina è in grado di compiere un quintilione di operazioni ogni secondo.

Il lavoro, sviluppato con il contributo dell’Università di Harvard e dello Smithsonian Institution, rappresenta galassie, buchi neri e materia oscura durante i primi due miliardi di anni di un universo che oggi ha 13,8 miliardi di anni. Lo studio è stato descritto sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Quando la luce riuscì a passare

Nelle prime fasi, il cosmo era riempito da gas e la luce non poteva attraversarlo liberamente. L’accensione graduale delle stelle e delle galassie modificò quella condizione: la radiazione separò gli elettroni dai protoni presenti negli atomi di idrogeno e rese il gas sempre più trasparente.

Secondo Fontana, il telescopio Webb consente di osservare epoche vicine al Big Bang, fino a circa 13 miliardi e mezzo di anni fa. La reionizzazione si concluse entro il primo miliardo di anni, ma i passaggi intermedi del fenomeno restano ancora in parte da chiarire.

Un equilibrio dominato dal caos

La propagazione della luce non fu un processo lineare. Una singola stella poteva agire come un punto iniziale, liberando materia incandescente e radiazioni capaci di influenzare la nascita di altri astri. L’effetto si ampliava progressivamente, fino a coinvolgere regioni sempre più vaste del cosmo.

Anche i buchi neri parteciparono alla trasformazione: il materiale attirato al loro interno generava radiazioni utili alla reionizzazione. La materia oscura, circa sei volte più abbondante di quella ordinaria, fornì invece l’impalcatura gravitazionale. «Senza questa grande confusione non sarebbero nate la nostra galassia, la Terra, la vita», osserva Fontana: il susseguirsi di riscaldamento, perturbazioni e accensioni stellari distribuì la formazione degli astri lungo le diverse epoche cosmiche.