Credito d'immagine: PPARC
Fino ad ora, gli astronomi non sono stati in grado di trovare molti dati su ciò che è accaduto in una fase iniziale dell'evoluzione dell'Universo, quando si pensava che le stelle si fossero formate. Ma una nuova ricerca, condotta da astronomi che utilizzano l'osservatorio Gemini in Cile, ha rivelato diverse galassie da 8 a 11 miliardi di anni fa che sono più pienamente formate del previsto. Pensavano che avrebbero visto le protogalassie schiantarsi l'una contro l'altra, ma invece hanno trovato galassie molto mature. È possibile che i buchi neri fossero molto più comuni nell'universo primordiale e servissero come ancore per formare rapidamente le galassie.
Fino ad ora, gli astronomi sono stati quasi ciechi quando hanno guardato indietro nel tempo per osservare un'epoca in cui ci si aspettava che si formassero molte stelle nell'Universo. Questo punto critico dal punto di vista cosmologico è stato rimosso da un team, tra cui uno scienziato del Regno Unito, che utilizzava il telescopio nord di Federico C. Gillett Gemini, dimostrando che molte galassie nel giovane universo non si stanno comportando come previsto circa 8-11 miliardi di anni fa.
La sorpresa: queste galassie sembrano essere più pienamente formate e mature del previsto in questa fase iniziale dell'evoluzione dell'Universo. Questa scoperta è simile a quella di un insegnante che entra in un'aula aspettandosi di salutare una stanza piena di adolescenti ribelli e di trovare giovani adulti ben curati.
"La teoria ci dice che questa epoca dovrebbe essere dominata da piccole galassie che si infrangono insieme", ha affermato il dott. Roberto Abraham (Università di Toronto), che è un investigatore co-principale del team che conduce le osservazioni al Gemini. “Stiamo vedendo che una grande parte delle stelle nell'Universo sono già in atto quando l'Universo era piuttosto giovane, il che non dovrebbe essere il caso. Questo sguardo indietro nel tempo mostra abbastanza chiaramente che dobbiamo ripensare ciò che è accaduto durante questa prima epoca dell'evoluzione galattica. I teorici avranno sicuramente qualcosa su cui rosicchiare! ”
I risultati sono stati annunciati oggi al 203 ° incontro dell'American Astronomical Society ad Atlanta, in Georgia. I dati saranno presto rilasciati all'intera comunità astronomica per ulteriori analisi e quattro articoli sono in fase di completamento per la pubblicazione in The Astrophysical Journal e The Astronomical Journal.
Il dott. Isobel Hook, leader del Gemini Support Group britannico, con sede presso l'Università di Oxford, è membro del team multinazionale Gemini Deep Deep Survey (GDDS) che ha intrapreso le indagini. Spiega come funziona la tecnica. Il team ha utilizzato una tecnica speciale per catturare la più debole luce galattica mai sezionata nell'arcobaleno di colori chiamato spettro. In tutto, sono stati raccolti spettri da oltre 300 galassie, la maggior parte dei quali si trovano all'interno di quello che viene chiamato il "Deserto del Redshift", un periodo relativamente inesplorato dell'Universo visto dai telescopi che risalgono a un'epoca in cui l'universo aveva solo 3-6 miliardi di anni vecchio.
Aggiunge, Questi spettri rappresentano il campione più completo mai ottenuto di galassie nel deserto del Redshift. Ottenendo grandi quantità di dati da quattro campi ampiamente separati, questo sondaggio fornisce la base statistica per trarre conclusioni che sono state sospettate da osservazioni passate fatte da Hubble Space Telescope, Keck Observatory, Subaru Telescope e Very Large Telescope negli ultimi dieci anni.
Studiare le deboli galassie in questa epoca in cui l'Universo era solo il 20-40% della sua era attuale rappresenta una sfida scoraggiante per gli astronomi, anche quando si utilizza la capacità di raccolta della luce di un telescopio molto grande come Gemini North con il suo specchio di 8 metri. Tutte le precedenti indagini sulle galassie in questo regno si sono concentrate su galassie in cui si sta verificando un'intensa formazione stellare, il che rende più facile ottenere spettri ma produce un campione distorto. Il GDDS è stato in grado di selezionare un campione più rappresentativo tra cui quelle galassie che contengono le galassie più normali, più oscure e più massicce che richiedono tecniche speciali per persuadere uno spettro dalla loro luce fioca.
“I dati Gemelli sono il sondaggio più completo mai realizzato che copre la maggior parte delle galassie che rappresentano le condizioni nell'Universo primordiale. Queste sono le enormi galassie che in realtà sono più difficili da studiare a causa della loro mancanza di luce energetica dalla formazione stellare. Queste galassie altamente sviluppate, la cui giovinezza formatrice di stelle è in effetti ormai lontana, non dovrebbero essere lì, ma ci sono ", ha affermato il dottor Karl Glazebrook (Johns Hopkins University), co-principale investigatore.
Gli astronomi che cercano di capire questo problema potrebbero dover mettere tutto sul tavolo. "Non è chiaro se dobbiamo modificare i modelli esistenti o svilupparne uno nuovo per comprendere questa scoperta", ha affermato il terzo investigatore co-principale del sondaggio, il dott. Patrick McCarthy (osservatori della Carnegie Institution). “È abbastanza ovvio dagli spettri Gemelli che queste sono davvero galassie molto mature, e non stiamo vedendo gli effetti dell'oscuramento della polvere. Ovviamente ci sono alcuni aspetti principali delle prime vite delle galassie che non capiamo. È anche possibile che i buchi neri siano stati molto più onnipresenti di quanto pensassimo nell'Universo primordiale e abbiano svolto un ruolo più ampio nel seminare la formazione iniziale della galassia. "
Qual è probabilmente la teoria dell'evoluzione galattica dominante che postula che la popolazione di galassie in questa fase iniziale avrebbe dovuto essere dominata da blocchi evolutivi. Appropriatamente chiamato Modello Gerarchico, prevede che le galassie da normali a grandi, come quelle studiate in questo lavoro, non esisterebbero ancora e si formerebbero invece da alveari locali di attività in cui crescevano grandi galassie. Il GDDS rivela che questo potrebbe non essere il caso.
Gli spettri di questo sondaggio sono stati anche usati per determinare l'inquinamento del gas interstellare da elementi pesanti (chiamati "metalli") prodotti dalle stelle. Questo è un indicatore chiave della storia dell'evoluzione stellare nelle galassie. Sandra Savaglio (Johns Hopkins University), che ha studiato questo aspetto della ricerca, ha dichiarato: “La nostra interpretazione dell'Universo è fortemente influenzata dal modo in cui la osserviamo. Poiché il GDDS ha osservato galassie molto deboli, abbiamo potuto rilevare il gas interstellare anche se parzialmente oscurato dalla presenza di polvere. Studiando la composizione chimica del gas interstellare, abbiamo scoperto che le galassie nel nostro sondaggio sono più ricche di metalli del previsto. "
L'astronomo della Caltech, ha commentato il Dr. Richard Ellis, “Il Gem Deep Deep Survey rappresenta un risultato molto significativo, sia dal punto di vista tecnico che scientifico. Il sondaggio ha fornito un nuovo e prezioso censimento delle galassie durante un periodo chiave della storia cosmica, che fino ad ora è stato difficile da studiare, in particolare per la componente quiescente della popolazione di galassie. "
Fare osservazioni nel deserto di Redshift ha frustrato gli astronomi moderni nell'ultimo decennio. Mentre gli astronomi hanno saputo che devono esistere molte galassie nel Deserto del Redshift, è solo un "deserto" perché non siamo riusciti a ottenere buoni spettri da molti di loro. Il problema sta nel fatto che le caratteristiche spettroscopiche chiave utilizzate per studiare queste galassie sono state spostate in rosso in seguito all'espansione dell'Universo in una parte dello spettro ottico che corrisponde a un debole, naturale, oscuro bagliore nell'atmosfera notturna della Terra.
Per ovviare a questo problema, è stata utilizzata una tecnica sofisticata chiamata "Nod and Shuffle" sul telescopio Gemini. “La tecnica Nod and Shuffle ci consente di sfuggire al debole bagliore naturale del cielo notturno per rivelare i tenui spettri delle galassie sottostanti. Queste galassie sono oltre 300 volte più deboli di questo bagliore del cielo ”, spiega la dott.ssa Kathy Roth, astronoma di Gemini che faceva parte del team e ha ottenuto gran parte dei dati. "Ha dimostrato di essere un modo estremamente efficace per ridurre radicalmente il" rumore "o i livelli di contaminazione che si trovano nel segnale di un rivelatore di luce elettronico."
Ogni osservazione è durata l'equivalente di circa 30 ore e ha prodotto quasi 100 spettri contemporaneamente. L'intero progetto ha richiesto oltre 120 ore totali di tempo per il telescopio. "Questo è un sacco di tempo prezioso nel cielo, ma se si considera che ci ha permesso di colmare un gap cruciale del 20% nella nostra comprensione dell'Universo, è stato tempo ben speso", aggiunge il Dr. Glazebrook che ha sviluppato l'uso di Nod and Shuffle con Joss Hawthorn per deboli osservazioni sulla galassia mentre all'Osservatorio anglo-australiano qualche anno fa.
Precedenti studi nel deserto di Redshift si sono concentrati su galassie che non erano necessariamente rappresentative dei sistemi tradizionali. Per questo studio, le galassie sono state accuratamente selezionate in base ai dati del sondaggio a infrarossi di Las Campanas al fine di garantire che le galassie stellari a emissione di raggi ultravioletti forti non fossero sovracampionate. "Questo studio è unico in quanto siamo stati in grado di studiare l'estremità rossa dello spettro e questo ci parla dell'età delle vecchie stelle", afferma il Dr. Abraham. “Abbiamo intrapreso esposizioni incredibilmente lunghe con Geminia circa dieci volte più lunghe delle esposizioni tipiche. Questo ci permette di guardare galassie molto più deboli di quanto non avvenga normalmente, e di concentrarci sulla maggior parte delle stelle, anziché solo su quelle giovani appariscenti. Questo ci rende molto più facile capire come si stanno evolvendo le galassie. Non stiamo più indovinando studiando oggetti giovani e supponendo che i vecchi oggetti non stiano contribuendo molto alla storia dell'evoluzione della galassia. Si scopre che ci sono molte vecchie galassie là fuori, ma sono davvero difficili da trovare ".
Fonte originale: comunicato stampa PPARC
