Credito d'immagine: ESO
Sebbene l'Universo sia attualmente un colore beige in generale, era più blu, secondo gli astronomi con l'Osservatorio europeo meridionale. Gli astronomi hanno individuato la distanza e il colore di 300 galassie contenute nell'indagine di Hubble Deep Sky, che ha esaminato in profondità una regione di cielo nella costellazione meridionale di Tuscanae.
Un team internazionale di astronomi [1] ha determinato il colore dell'Universo quando era molto giovane. Mentre l'Universo è ora un po 'beige, era molto più blu in un lontano passato, in un momento in cui aveva solo 2.500 milioni di anni.
Questo è il risultato di un'analisi approfondita e approfondita di oltre 300 galassie viste all'interno di una piccola area del cielo meridionale, il cosiddetto Hubble Deep Field South. L'obiettivo principale di questo studio avanzato era capire come il contenuto stellare dell'Universo fosse assemblato e cambiato nel tempo.
L'astronomo olandese Marijn Franx, un membro del team dell'Osservatorio di Leida (Paesi Bassi), spiega: “Il colore blu dell'Universo primordiale è causato dalla luce prevalentemente blu delle giovani stelle nelle galassie. Il colore più rosso dello Space Magazine è causato dal numero relativamente maggiore di stelle più vecchie e più rosse. ”
Il caposquadra, Gregory Rudnick del Max-Planck Institut per Astrophysics (Garching, Germania) aggiunge: “Dato che la quantità totale di luce nell'Universo in passato era più o meno la stessa di oggi e una giovane stella blu emette molto di più luce di una vecchia stella rossa, nel giovane Universo devono esserci state molte meno stelle di quante ce ne siano ora. Le nostre nuove scoperte implicano che la maggior parte delle stelle nell'Universo si sono formate relativamente tardi, non molto prima della nascita del nostro Sole, in un momento in cui l'Universo aveva circa 7.000 milioni di anni ”.
Questi nuovi risultati si basano su dati unici raccolti durante più di 100 ore di osservazioni con lo strumento multimodale ISAAC al Very Large Telescope (VLT) dell'ESO, nell'ambito di un importante progetto di ricerca, il Faint InfraRed Extragalactic Survey (FIRES). Le distanze dalle galassie sono state stimate dalla loro luminosità in diverse bande di lunghezza d'onda ottica del vicino infrarosso.
Osservando l'Universo primordiale
È ormai noto che il Sole si è formato circa 4,5 miliardi di anni fa. Ma quando si sono formate la maggior parte delle altre stelle nella nostra galassia? E le stelle in altre galassie? Queste sono alcune delle domande chiave nell'astronomia attuale, ma possono essere risolte solo mediante osservazioni con i più grandi telescopi del mondo.
Un modo per affrontare questi problemi è osservare direttamente l'Universo molto giovane, guardando indietro nel tempo. Per questo, gli astronomi sfruttano il fatto che la luce emessa da galassie molto distanti viaggia molto tempo prima di raggiungerci. Pertanto, quando gli astronomi osservano oggetti così remoti, li vedono come apparivano molto tempo fa.
Quelle galassie remote sono estremamente deboli, tuttavia, e queste osservazioni sono quindi tecnicamente difficili. Un'altra complicazione è che, a causa dell'espansione dell'Universo, la luce proveniente da quelle galassie viene spostata verso lunghezze d'onda più lunghe [2], al di fuori della gamma di lunghezze d'onda ottica e nella regione a infrarossi.
Per studiare in dettaglio quelle prime galassie, gli astronomi devono quindi utilizzare i più grandi telescopi terrestri, raccogliendo la loro debole luce durante esposizioni molto lunghe. Inoltre, devono utilizzare rilevatori sensibili agli infrarossi.
Telescopi come occhi giganti
"Hubble Deep Field South (HDF-S)" è una piccolissima porzione di cielo nella costellazione meridionale di Tucanae ("il Tucano"). È stato selezionato per studi molto dettagliati con il telescopio spaziale Hubble (HST) e altri potenti telescopi. Le immagini ottiche di questo campo ottenute dall'HST rappresentano un tempo di esposizione totale di 140 ore. Molti telescopi terrestri hanno anche ottenuto immagini e spettri di oggetti in questa zona del cielo, in particolare i telescopi ESO in Cile.
Un'area di cielo di 2,5 x 2,5 arcmin2 nella direzione di HDF-S è stata osservata nel contesto di uno studio approfondito (il Faint InfraRed Extragalactic Survey; FIRES, vedi ESO PR 23/02). È leggermente più grande del campo coperto dalla telecamera WFPC2 sull'HST, ma ancora 100 volte più piccolo dell'area sottesa dalla luna piena.
Ogni volta che questo campo era visibile dall'Osservatorio Paranal dell'ESO e le condizioni atmosferiche erano ottimali, gli astronomi dell'ESO puntavano il telescopio ANTU VLT da 8,2 m in questa direzione, scattando immagini nel vicino infrarosso con lo strumento multimodale ISAAC. Complessivamente, il campo è stato osservato per più di 100 ore e le immagini risultanti (vedi ESO PR 23/02), sono le viste a terra più profonde nelle bande J e H del vicino infrarosso. L'immagine della banda K è la più profonda mai ottenuta da qualsiasi campo di cielo in questa banda spettrale, sia dal suolo che dallo spazio.
Questi dati unici forniscono una visione eccezionale e hanno permesso studi senza precedenti sulla popolazione di galassie nel giovane Universo. In effetti, a causa delle eccezionali condizioni di visione al Paranal, i dati ottenuti con il VLT hanno un'eccellente nitidezza dell'immagine (una "visione" di 0,48 arcsec) e possono essere combinati con i dati ottici HST con quasi nessuna perdita di qualità.
Un colore più blu
Gli astronomi sono stati in grado di rilevare in modo inequivocabile circa 300 galassie su queste immagini. Per ognuno di essi, hanno misurato la distanza determinando il redshift [2]. Ciò è stato fatto per mezzo di un metodo recentemente migliorato che si basa sul confronto della luminosità di ciascun oggetto in tutte le singole bande spettrali con quella di un insieme di galassie vicine.
In questo modo, sul campo sono state trovate galassie con spostamenti in rosso fino a z = 3.2, corrispondenti a distanze intorno a 11.500 milioni di anni luce. In altre parole, gli astronomi stavano vedendo la luce di queste galassie molto remote come quando l'Universo aveva solo circa 2,2 miliardi di anni.
Successivamente gli astronomi determinarono la quantità di luce emessa da ciascuna galassia in modo tale che gli effetti del redshift fossero "rimossi". Cioè, hanno misurato la quantità di luce a diverse lunghezze d'onda (colori) come sarebbe stata registrata da un osservatore vicino a quella galassia. Questo, ovviamente, si riferisce solo alla luce delle stelle che non sono pesantemente oscurate dalla polvere.
Riassumendo la luce emessa a diverse lunghezze d'onda da tutte le galassie in una data epoca cosmica, gli astronomi potrebbero anche determinare il colore medio dell'Universo (il "colore cosmico") in quell'epoca. Inoltre, sono stati in grado di misurare come quel colore è cambiato, quando l'Universo è diventato più vecchio.
Concludono che il colore cosmico sta diventando rosso con il tempo. In particolare, era molto più blu in passato; ora, all'età di quasi 14.000 milioni di anni, l'Universo ha una specie di colore beige.
Quando si sono formate le stelle?
Il cambiamento del colore cosmico con il tempo può essere interessante di per sé, ma è anche uno strumento essenziale per determinare la rapidità con cui le stelle venivano assemblate nell'Universo.
In effetti, mentre la formazione stellare nelle singole galassie può avere storie complicate, talvolta accelerando in vere "esplosioni di stelle", le nuove osservazioni - ora basate su molte galassie - mostrano che la "storia media" della formazione stellare nell'Universo è molto più semplice. Ciò è evidente dal cambiamento graduale osservato del colore cosmico man mano che l'Universo invecchia.
Usando il colore cosmico, gli astronomi sono stati anche in grado di determinare come l'età media delle stelle relativamente non oscurate nell'Universo sia cambiata nel tempo. Dato che l'Universo era molto più blu in passato di quanto non lo sia ora, hanno concluso che l'Universo non sta producendo tante stelle blu (di massa elevata, di breve durata) ora come lo era prima, mentre allo stesso tempo il rosso (massa bassa , di lunga durata) sono ancora presenti stelle di generazioni precedenti di formazione stellare. Le stelle blu e massicce muoiono più rapidamente delle stelle rosse a bassa massa, e quindi all'aumentare dell'età di un gruppo di stelle, le stelle blu di breve durata muoiono e il colore medio del gruppo diventa più rosso. Così ha fatto l'Universo nel suo insieme.
Questo comportamento assomiglia in qualche modo all'andamento dell'invecchiamento nei moderni paesi occidentali in cui nascono meno bambini rispetto al passato e le persone vivono più a lungo rispetto al passato, con l'effetto totale che l'età media della popolazione sta aumentando.
Gli astronomi hanno determinato quante stelle si erano già formate quando l'Universo aveva solo circa 3.000 milioni di anni. Le giovani stelle (di colore blu) emettono più luce delle stelle più vecchie (più rosse). Tuttavia, poiché nel giovane Universo c'era quasi la stessa luce che c'è oggi - sebbene le galassie siano ora molto più rosse - questo implica che nell'Universo primordiale c'erano meno stelle di oggi. Il presente studio indica che in quel periodo c'erano dieci volte meno stelle di quante ce ne siano ora.
Infine, gli astronomi hanno scoperto che circa la metà delle stelle nelle galassie osservate si sono formate dopo il tempo in cui l'Universo era circa la metà più vecchio (7.000 milioni di anni dopo il Big Bang) come è oggi (14.000 milioni di anni).
Sebbene questo risultato sia stato derivato da uno studio di un campo di cielo molto piccolo, e quindi potrebbe non essere completamente rappresentativo dell'Universo nel suo insieme, il risultato attuale ha dimostrato di essere valido in altri campi di cielo.
Fonte originale: Comunicato stampa ESO
