Quasi all'inizio del tempo, l'universo era avvolto nell'oscurità. Quindi, le prime galassie produssero stelle calde e luminose che trapelavano spazio intergalattico di luce brillante attraverso piccoli canali, rendendo l'universo trasparente.
Questa è la conclusione di nuove splendide immagini "speculari" scattate in una galassia lontana conosciuta come l'Arco di Sunburst. Quando l'universo era solo un bambino, era costituito da particelle calde, ma che si raffreddavano rapidamente. Una volta che l'universo si è sufficientemente raffreddato, i protoni e gli elettroni si sono combinati per formare idrogeno neutro, che ha coperto l'universo nelle tenebre, rendendolo inosservabile nello spettro elettromagnetico, secondo il Haystack Observatory del MIT. Durante questo periodo, noto come età oscura, qualsiasi radiazione emessa veniva assorbita dal gas idrogeno.
Quindi, circa un miliardo di anni dopo il Big Bang, durante l '"Epoca della reionizzazione", una massiccia scossa di energia ionizzò il gas, facendo cadere gli elettroni dagli atomi di idrogeno e creando plasma. Questa ionizzazione è avvenuta grazie alla luce ultravioletta energetica che "molto probabilmente proveniva da stelle molto giovani, molto luminose, molto calde e anche di breve durata nelle prime galassie", ha detto l'autore principale Thøger Emil Rivera-Thorsen, un borsista post-dottorato all'Università di Oslo in Norvegia. Ma non è chiaro come sia successo esattamente questo evento di ionizzazione.
Per capirlo, i ricercatori si sono rivolti a una galassia chiamata "Sunburst Arc" che si trova a circa 11 miliardi di anni luce di distanza (anche se è difficile sapere esattamente quanto sia lontano in un universo in espansione.) The Sunburst Arc non è del tutto abbastanza vecchio da essere una delle prime galassie che hanno reionizzato l'universo, ma è abbastanza vecchio da poter insegnare ai ricercatori qualcosa sul processo, ha detto Rivera-Thorsen.
In uno studio precedente, Rivera-Thorsen e il suo team hanno esaminato i segnali luminosi provenienti dall'arco di Sunburst. Alcuni suggerimenti suggeriscono che la luce ionizzante fuggì da queste prime galassie attraverso alcuni canali stretti, o buchi in un sudario altrimenti opaco che copriva la galassia. "Ma non possiamo dire di averlo trovato fino a quando non l'abbiamo osservato direttamente", ha detto Rivera-Thorsen a Live Science.
Quindi i ricercatori hanno proposto di rilevare questi buchi usando il telescopio spaziale Hubble e "ecco, ha funzionato", ha detto Rivera-Thorsen. L'arco di Sunburst è posizionato in modo tale da renderlo facile da vedere. Un ammasso intermedio di galassie si comporta come un microscopio cosmico e piega e ingrandisce la luce dell'Arco di Sunburst - che altrimenti sarebbe troppo debole per vedere - in modo che Hubble possa raccoglierla in una serie di immagini. Questo effetto, chiamato "lente gravitazionale", era stato predetto dalla teoria della relatività generale di Einstein ed è particolarmente forte in questo caso, portando a 12 immagini duplicate della galassia.
Alcune di queste immagini sono state prese nello spettro di luce visibile non ionizzante e altre nello spettro di luce ionizzante. Per la luce ionizzante, "praticamente tutto ciò che puoi vedere è un piccolo punto e altrimenti non c'è nulla", ha detto. "Penso che sia stata una bellissima conferma della nostra ipotesi - che questo è come un buco in una galassia coperta di gas altrimenti completamente non trasparente."
Diversi fattori hanno dovuto fare la fila affinché i ricercatori potessero vedere questo effetto, e quindi "siamo stati incredibilmente fortunati a trovare questa cosa", ha detto Rivera-Thorsen. Ad esempio, le immagini di Hubble sono riuscite a catturare tutti i "pezzi succosi" della galassia, compresi i luoghi in cui la luce ionizzante è fuggita. Non è chiaro perché o come questi canali stretti si siano formati in primo luogo.
Inoltre, nelle galassie più moderne, "non vediamo davvero sfuggire gran parte di questa radiazione ionizzante, vediamo un po 'qua e là", ha aggiunto. "Quindi qualcosa sulle proprietà fisiche di queste galassie deve essere cambiato in modo abbastanza drammatico tra il periodo di circa 1 miliardo di anni dopo il Big Bang, quando l'universo è stato reionizzato." In lavori futuri, Rivera-Thorsen e il suo team vogliono capire come sono cambiate le galassie dai tempi del Big Bang.
"Le prove per sfuggire alle radiazioni ionizzanti sono convincenti", ha detto Yuri Izotov, un astronomo con il principale osservatorio astronomico in Ucraina, che non faceva parte dello studio. Le loro scoperte sono importanti per capire come la luce fuoriesce dalle galassie che formano le stelle e la loro interpretazione che la luce penetri attraverso i buchi della galassia "sembra ragionevole", ha detto Izotov a Live Science.
Brian Keating, professore di fisica all'Università della California a San Diego, che non era coinvolto nel lavoro, è d'accordo. "Le fonti che hanno generato i primi fotoni ionizzanti dell'universo sono state a lungo avvolte nel mistero", ha detto Keating a Live Science. "Il loro lavoro fornisce nuove promettenti intuizioni sugli oggetti imperscrutabili che si ritiene siano i principali motori dell'epoca della reionizzazione."
I risultati sono stati pubblicati il 7 novembre sulla rivista Science.
