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20 Maggio 2019
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    Proprio come un anello mancante nell’evoluzione, nelle prime fasi dell’evoluzione del nostro universo, le nostre conoscenze ci hanno sempre detto che avemmo dovuto imbatterci in quella che deve essere stato il primo tipo di molecola dell’evoluzione del nostro universo, l’idruro di elio. E grazie alla versatilità dell’osservatorio volante SOFIA, dopo decenni di ricerche, finalmente si è riusciti a individuarla.

    Illustrazione della nebulosa planetaria NGC 7027 e delle molecole di idruro di elio – una combinazione di elio (in rosso) e idrogeno (in blu) – il primo tipo di molecola a formarsi nell'universo primordiale e per la prima volta individuato nell'universo moderno. Crediti: NASA / SOFIA / L. Proudfit / D.Rutter

    Il primo tipo di molecola che si sia mai formata nell’universo è stata per la prima volta rilevata nello spazio dopo decenni di ricerche, grazie allo Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy SOFIA della NASA.

    Alle origini dell’Universo esistevano solo pochi tipi di atomi. Circa 100 mila anni dopo il Big Bang l’elio e l’idrogeno si sono per la prima volta combinati dando origine alla prima molecola della storia dell’universo: l’elio idruro. Una molecola che, almeno in alcune parti del nostro universo, dovrebbe essere ancora presente, e che invece, pur sapendo dove cercarla, non si era ancora mai riusciti a individuarla.

    Proprio come un anello mancante nell’evoluzione, mancava la prova dell’esistenza nello spazio di questo primo anello dell’evoluzione dell’universo.

    Un'immagine, in luce visibile e infrarossa, di NGC 7027 ripresa dal telescopio spaziale Hubble nel 1998. Offre una visione completa di come si è modellata nel tempo, rivelando i diversi passi della sua evoluzione. Credito: William B. Latter (SIRTF Science Center / Caltech) e NASA / ESA

    SOFIA, un telescopio riflettore dal diametro di 2,5 metri a bordo di un Boeing 747SP, ha trovato questa molecola in una nebulosa planetaria, residuo di una stella simile al Sole. NGC 7027, questa la sigla della nebulosa, si trova a 3000 anni luce di distanza, nei dintorni della costellazione del Cigno. Una nebulosa che aveva tutte le caratteristiche per permettere a questa misteriose molecole di formarsi, e che oggi conferma quello che conosciamo della chimica dell’universo primordiale e di come si sia evoluta fino a diventare la complessa chimica dell’universo di oggi. I risultati dello studio sono pubblicati nel numero di questa settimana di Nature.

    «Questa molecola era in agguato là fuori, ma avevamo bisogno degli strumenti giusti per fare osservazioni nella giusta posizione – e SOFIA è stata in grado di farlo perfettamente», ha dichiarato Harold Yorke, direttore del SOFIA Science Center, nella Silicon Valley in California.

    Il nostro universo, oggi, pullula di enormi strutture complesse, dalle galassie, alle stelle e i loro pianeti, ma più di 13 miliardi di anni fa, dopo il Big Bang, tutto quello che esisteva erano pochi atomi e altissime temperature. Quando gli atomi cominciarono a formare le prime molecole, l’universo fu finalmente in grado di raffreddarsi e cominciare e prendere forma.

    E proprio questa prima molecola, l’idruro di elio, potrebbe aver poi interagito con l’idrogeno per creare l’idrogeno molecolare, alla base della formazione delle prime stelle. Le stelle poi hanno forgiato tutti gli elementi dell’universo che conosciamo oggi, ma mancava questo primo passo. Questa molecola che doveva esserci ma non si trovava. Fino ad ora…

    «La mancanza di prove dell’esistenza dell’elio idruro nello spazio interstellare era un dilemma per l’astronomia per decenni», ha spiegato Rolf Guesten dell’Istituto Max Planck per l’astronomia radio, a Bonn, in Germania, e autore principale dell’articolo.

    L’idruro di elio, oltretutto, è una molecola schizzinosa. L’elio stesso è un gas nobile che tende difficilmente a combinarsi con qualsiasi altro tipo di atomo. Ma nel 1925, gli scienziati furono in grado di creare la molecola in laboratorio forzando l’elio a condividere uno dei suoi elettroni con uno ione idrogeno.

    Solo alla fine degli anni ’70, gli scienziati che studiavano la nebulosa planetaria NGC 7027, ritennero che potesse essere l’ambiente giusto per formare l’idruro di elio. La radiazione ultravioletta e il calore delle vecchie stelle dell’ammasso creano le condizioni adatte per questa molecola, non così propensa a formarsi. Ma non riuscirono a individuarla. Studi sucessivi davano sempre più per certa la sua presenza, ma i telescopi spaziali utilizzati non avevano la tecnologia specifica per distinguere il segnale dell’elio idruro nell’insieme delle altre molecole nella nebulosa.

    Nel 2016, si chiese aiuto a SOFIA. Viaggiando a 14 chilometri circa di altezza, le osservazioni  non subiscono le interferenze degli strati più bassi e umidi dell’atmosfera terrestre, lasciando passare quasi l’85% in più della radiazione infrarossa e, a differenza dei telescopi spaziali, forse più avvantaggiati ancora da questo punto di vista, SOFIA può spostarsi sul globo per osservare la zona di cielo desiderata e rientrare a Terra quando vuole, potendo così essere costantemente aggiornato con gli strumenti più recenti.

    «Siamo in grado di sostituire gli strumenti e installare la tecnologia più recente», ha dichiarato Naseem Rangwala, vice-scienziato del progetto SOFIA. «Questa flessibilità ci consente di migliorare le osservazioni e rispondere alle domande più pressanti alle quali gli scienziati vogliono dare una risposta».

    Un recente aggiornamento a uno degli strumenti SOFIA, il German Receiver a frequenze terahertz (GREAT), ha aggiunto al rilevatore un canale specifico per l’idruro di elio che i precedenti telescopi non avevano. Lo strumento funziona come un ricevitore radio: si sintonizza sulla frequenza della molecola che si sta cercando, in modo simile alla sintonizzazione di una radio FM sulla stazione giusta. Quando SOFIA ha preso il volo nei cieli notturni, i ricercatori hanno potuto essere a bordo per leggere i dati dallo strumento in tempo reale, e il segnale dell’elio idruro è finalmente arrivato forte e chiaro.

    «È stato così eccitante trovarsi lì, vedere l’idruro di elio tra i dati per la prima volta», ha detto Guesten. «È il lieto fine di una lunga ricerca ed elimina i dubbi sulla nostra comprensione della chimica dell’universo primordiale».


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