L’idrogeno è l’elemento più abbondante dell’Universo, eppure è sorprendentemente difficile da “vedere” su grande scala. Ora il radiotelescopio sudafricano MeerKAT ha compiuto un passo atteso da anni: per la prima volta è riuscito a misurare, direttamente e senza aiuti esterni, come l’idrogeno neutro si distribuisce lungo la grande ragnatela cosmica, la rete di filamenti e ammassi di galassie che dà forma all’Universo.
Il segnale arriva da circa 4,5 miliardi di anni fa, quando il cosmo aveva poco più di 9 miliardi di anni, e copre una porzione di cielo di circa 250 gradi quadrati, l’equivalente di oltre mille lune piene. Il risultato, firmato dalla collaborazione internazionale MeerKLASS e pubblicato il 3 novembre 2026 sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, emerge con una significatività di oltre sei volte il livello del rumore statistico.
Perché è importante? Perché apre la strada a un modo nuovo, rapido ed economico, di costruire mappe tridimensionali dell’Universo e di studiare la sua espansione e l’energia oscura.
La riga dei 21 centimetri
Un atomo di idrogeno neutro è fatto di un protone e di un elettrone. Entrambi si comportano come minuscole calamite, e possono essere orientati in modo concorde o opposto. Molto raramente l’atomo passa da una configurazione all’altra ed emette un’onda radio con una lunghezza d’onda di circa 21 centimetri, corrispondente a una frequenza di circa 1.420 megahertz. Un singolo atomo lo fa una volta ogni qualche milione di anni, ma nelle galassie ce ne sono talmente tanti che il segnale complessivo è misurabile.
C’è un vantaggio in più: l’espansione dell’Universo “stira” le onde in viaggio verso di noi. Più lontana è la sorgente, più bassa è la frequenza a cui arriva. Così, misurando la frequenza, si ottiene automaticamente anche la distanza. Nel caso di MeerKAT, la radiazione analizzata è stata ricevuta tra circa 971 e 1.024 megahertz, cioè proveniente da un’epoca in cui l’Universo aveva un po’ più dei due terzi della sua età attuale.
Mappare senza vedere le singole galassie
La tecnica usata si chiama intensity mapping, “mappatura dell’intensità”. Invece di cercare una per una le galassie, impresa lunghissima a queste distanze, si misura il bagliore radio complessivo dell’idrogeno su ampie zone di cielo, a fette di frequenza diverse. È un po’ come osservare una città di notte da un aereo: non si distinguono i singoli lampioni, ma si riconoscono benissimo i quartieri più illuminati e le strade principali. Allo stesso modo, le zone più ricche di idrogeno tracciano la struttura della ragnatela cosmica.
Per farlo il gruppo ha usato MeerKAT in modo insolito. Le sue 64 antenne, situate nella regione semidesertica del Karoo e gestite dall’Osservatorio radioastronomico sudafricano (SARAO), di solito lavorano insieme come un unico grande strumento, l’interferometro, capace di vedere dettagli finissimi. Qui, invece, ogni antenna ha funzionato come un telescopio indipendente: si perde in nitidezza, ma si guadagna moltissimo in velocità di copertura del cielo. Il confronto tra le mappe ottenute dalle diverse antenne ha poi permesso di ridurre gli effetti strumentali. I dati analizzati provengono dalla campagna osservativa del 2021.
Un segnale diecimila volte più debole del rumore
La difficoltà principale era un’altra. Alle stesse frequenze arrivano le emissioni radio della nostra galassia e di altre sorgenti vicine, i cosiddetti “primi piani”, che secondo il gruppo sono circa 10.000 volte più intensi del debole segnale dell’idrogeno lontano. Separare le due componenti è come cercare di sentire un sussurro durante un concerto rock.
La chiave è stata la messa a punto di una catena di analisi capace di rimuovere questi disturbi senza cancellare il segnale cercato. Lo sviluppo di questa pipeline è stato guidato da Steven Cunnington, dell’Istituto di cosmologia e gravitazione dell’Università di Portsmouth, nel Regno Unito. Il principale responsabile della survey MeerKLASS è Mário Santos, dell’Università del Western Cape, in Sudafrica, che ha definito il risultato una tappa fondamentale per affermare l’intensity mapping come nuovo strumento della cosmologia. Il lavoro ha coinvolto ricercatori di sette Paesi su tre continenti, molti dei quali all’inizio della carriera.
Che cosa ci dirà questa nuova mappa
Misurare come l’idrogeno si raggruppa nello spazio significa misurare lo “scheletro” dell’Universo. La disposizione della materia porta impresse le tracce della sua storia, comprese le increspature lasciate dalle onde sonore che attraversavano il cosmo primordiale. Seguendo come queste strutture cambiano nel tempo, i cosmologi possono ricostruire il ritmo dell’espansione cosmica e mettere alla prova le ipotesi sull’energia oscura, la misteriosa componente che sembra accelerarla.
Questa prima misura è ancora una pietra miliare, non una mappa completa: le incertezze sulla quantità di idrogeno rilevata restano ampie e dovranno essere ridotte con più dati e aree di cielo più grandi. Ma dimostra che la tecnica funziona anche da sola, senza bisogno di confrontare il segnale con cataloghi di galassie ottenuti da altri telescopi. Ed è un banco di prova prezioso per lo Square Kilometre Array, il grande radiotelescopio internazionale in costruzione in Sudafrica e in Australia, di cui MeerKAT farà parte.
Stefano Camilloni
Riferimento scientifico: MeerKLASS Collaboration et al., HI intensity mapping with MeerKAT: A measurement of the 21-cm auto-spectrum on cosmological scales, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2026).
DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stag1911
Fonte: Phys.org; comunicato stampa: University of Portsmouth
