Utilizzando le capacità senza precedenti del telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA, un team internazionale di scienziati ha ottenuto le prime osservazioni spettroscopiche delle galassie più deboli durante il primo miliardo di anni dell’Universo. Questi risultati aiutano a rispondere a una domanda di lunga data per gli astronomi: quali fonti hanno causato la reionizzazione dell’Universo? Questi nuovi risultati hanno effettivamente dimostrato che le piccole galassie nane sono le probabili produttrici di quantità prodigiose di radiazione energetica.

 

 

La ricerca sull’evoluzione dell’Universo primordiale è un aspetto importante dell’astronomia moderna.

Resta ancora molto da capire sul periodo della storia primordiale dell’Universo, noto come l’era della reionizzazione. 

È stato un periodo di oscurità senza stelle o galassie, pieno di una densa nebbia di idrogeno gassoso, fino a quando le prime stelle hanno ionizzato il gas intorno a loro e la luce ha iniziato a viaggiare attraverso.

Gli astronomi hanno trascorso decenni cercando di identificare le sorgenti che emettevano radiazioni abbastanza potenti da eliminare gradualmente questa nebbia di idrogeno che copriva l’Universo primordiale.

Il programma Ultradeep NIRSpec and NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization (UNCOVER) (#2561) consiste in osservazioni sia di imaging che spettroscopiche dell’ammasso di lenti Abell 2744.

Un team internazionale di astronomi ha utilizzato la lente gravitazionale di questo obiettivo, noto anche come Ammasso di Pandora, per studiare le fonti del periodo di reionizzazione dell’Universo.

La lente gravitazionale ingrandisce e distorce l’aspetto delle galassie lontane, in modo che appaiano molto diverse da quelle in primo piano.

La “lente” dell’ammasso di galassie è così massiccia da deformare il tessuto dello spazio stesso, tanto che anche la luce proveniente da galassie lontane che passa attraverso lo spazio deformato assume un aspetto deformato.

L’effetto di ingrandimento ha permesso al team di studiare sorgenti di luce molto distanti oltre Abell 2744, rivelando otto galassie estremamente deboli che altrimenti non sarebbero state rilevabili, nemmeno per Webb.

Il team ha scoperto che queste galassie deboli sono immensi produttori di radiazioni ionizzanti, a livelli quattro volte più grandi di quanto si pensasse in precedenza.

Ciò significa che la maggior parte dei fotoni che hanno reionizzato l’Universo probabilmente provenivano da queste galassie nane.

Questa scoperta svela il ruolo cruciale svolto dalle galassie ultra-deboli nell’evoluzione dell’Universo primordiale”, ha detto Iryna Chemerynska, membro del team dell’Institut d’Astrophysique de Paris in Francia.

Producono fotoni ionizzanti che trasformano l’idrogeno neutro in plasma ionizzato durante la reionizzazione cosmica. Evidenzia l’importanza di comprendere le galassie di piccola massa nel plasmare la storia dell’Universo”.

“Queste centrali cosmiche emettono collettivamente energia più che sufficiente per portare a termine il lavoro”, ha aggiunto il team leader Hakim Atek, dell’Institut d’Astrophysique de Paris, CNRS, Sorbonne Université, Francia, e autore principale dell’articolo che descrive questo risultato.

Nonostante le loro piccole dimensioni, queste galassie di piccola massa sono prolifiche produttrici di radiazione energetica, e la loro abbondanza durante questo periodo è così sostanziale che la loro influenza collettiva può trasformare l’intero stato dell’Universo”.

Per arrivare a questa conclusione, il team ha prima combinato i dati di imaging ultra-profondi di Webb con l’imaging ausiliario di Abell 2744 dal telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA al fine di selezionare galassie candidate estremamente deboli nell’epoca della reionizzazione.

Questo è stato seguito dalla spettroscopia con lo spettrografo nel vicino infrarosso di Webb (NIRSpec).

Il Multi-Shutter Assembly dello strumento è stato utilizzato per ottenere la spettroscopia multi-oggetto di queste galassie deboli.

Questa è la prima volta che gli scienziati hanno misurato in modo robusto la densità numerica di queste galassie deboli e hanno confermato con successo che sono la popolazione più abbondante durante l’epoca della reionizzazione.

Questo segna anche la prima volta che il potere ionizzante di queste galassie è stato misurato, consentendo agli astronomi di determinare che stanno producendo una radiazione energetica sufficiente per ionizzare l’Universo primordiale.

“L’incredibile sensibilità di NIRSpec combinata con l’amplificazione gravitazionale fornita da Abell 2744 ci ha permesso di identificare e studiare in dettaglio queste galassie del primo miliardo di anni dell’Universo, nonostante siano oltre 100 volte più deboli della nostra Via Lattea”, ha continuato Atek.

In un prossimo programma di osservazione di Webb, chiamato GLIMPSE, gli scienziati otterranno le osservazioni più profonde mai viste nel cielo. Prendendo di mira un altro ammasso di galassie, chiamato Abell S1063, verranno identificate anche le galassie più deboli durante l’epoca della reionizzazione, al fine di verificare se questa popolazione è rappresentativa della distribuzione su larga scala delle galassie.

Poiché questi nuovi risultati si basano su osservazioni ottenute in un campo, il team osserva che le proprietà ionizzanti delle galassie deboli possono apparire in modo diverso se risiedono in regioni troppo dense.

Ulteriori osservazioni in un campo indipendente forniranno quindi ulteriori approfondimenti per aiutare a verificare queste conclusioni.

Le osservazioni di GLIMPSE aiuteranno anche gli astronomi a sondare il periodo noto come Alba Cosmica, quando l’Universo aveva solo pochi milioni di anni, per sviluppare la nostra comprensione dell’emergere delle prime galassie.

Questi risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature.

 

Foto: NASA, ESA, CSA, I. Labbe (Swinburne University of Technology), R. Bezanson (University of Pittsburgh), A. Pagan (STScI)