Nel tentativo di imparare come è nato il nostro Universo, gli scienziati hanno esplorato molto nello spazio (e, quindi, molto indietro nel tempo). Alla fine, il loro obiettivo è determinare quando si sono formate le prime galassie nel nostro Universo e quale effetto hanno avuto sull'evoluzione cosmica. I recenti sforzi per individuare queste prime formazioni hanno esplorato distanze fino a 13 miliardi di anni luce dalla Terra, vale a dire circa 1 miliardo di anni dopo il Big Bang.
Da questo, gli scienziati sono ora in grado di studiare in che modo le prime galassie hanno influenzato la materia che li circonda, in particolare la reionizzazione degli atomi neutri. Sfortunatamente, la maggior parte delle prime galassie sono molto deboli, il che rende difficile studiare i loro interni. Ma grazie a un recente sondaggio condotto da un team internazionale di astronomi, è stata individuata una galassia più luminosa e massiccia in grado di fornire uno sguardo chiaro a come le prime galassie hanno portato alla reionizzazione.
Lo studio che descrive in dettaglio le loro scoperte, intitolato "Proprietà ISM di una galassia polverosa a forma di stella massiccia scoperta a z ~ 7 “, è stato recentemente pubblicato in The Astrophysical Journal Letters.Guidato da ricercatori del Max Planck Institute for Radio Astronomy di Bonn, Germania, il team si è basato sui dati del sondaggio South Pole Telescope (SPT) -SZ e ALMA per individuare una galassia che esisteva 13 miliardi di anni fa (solo 800 milioni di anni dopo il big Bang).
Secondo il modello di cosmologia del Big Bang, la reionizzazione si riferisce al processo che ha avuto luogo dopo il periodo noto come "Medioevo". Ciò avvenne tra 380.000 e 150 milioni di anni dopo il Big Bang, dove la maggior parte dei fotoni nell'Universo interagivano con elettroni e protoni. Di conseguenza, la radiazione di questo periodo non è rilevabile dai nostri strumenti attuali, da cui il nome.
Poco prima di questo periodo, si verificò la "Ricombinazione", dove iniziarono a formarsi atomi di idrogeno ed elio. Inizialmente ionizzate (senza elettroni legati ai loro nuclei) queste molecole catturarono gradualmente gli ioni mentre l'Universo si raffreddava, diventando neutrale. Durante il periodo che seguì - cioè tra 150 e 1 miliardo di anni dopo il Big Bang - iniziò a formarsi la struttura su larga scala dell'Universo.
Intrinseco a questo era il processo di reionizzazione, in cui si formarono le prime stelle e quasar e la loro radiazione reionizzò l'Universo circostante. È quindi chiaro perché gli astronomi vogliono sondare questa era dell'Universo. Osservando le prime stelle e galassie e quale effetto hanno avuto sul cosmo, gli astronomi avranno un quadro più chiaro di come questo primo periodo ha portato all'Universo come lo conosciamo oggi.
Fortunatamente per il gruppo di ricerca, le enormi galassie a forma di stella di questo periodo contengono una grande quantità di polvere. Sebbene molto deboli nella banda ottica, queste galassie emettono forti radiazioni a lunghezze d'onda submillimetriche, il che le rende rilevabili utilizzando i telescopi avanzati di oggi - tra cui il South Pole Telescope (SPT), l'Atacama Pathfinder Experiment (APEX) e Atacama Large Millimeter Array (ALMA ).
Per motivi di studio, Strandet e Weiss si sono basati sui dati dell'SPT per rilevare una serie di galassie polverose dell'Universo primordiale. Come Maria Strandet e Axel Weiss del Max Planck Institute for Radio Astronomy (e rispettivamente l'autore principale e i coautori dello studio) hanno detto a Space Magazine via e-mail:
“Abbiamo utilizzato una luce di lunghezza d'onda di circa 1 mm, che può essere osservata da telescopi mm come SPT, APEX o ALMA. A questa lunghezza d'onda i fotoni sono prodotti dalla radiazione termica della polvere. La bellezza dell'uso di questa lunga lunghezza d'onda è che, per un ampio intervallo di spostamento verso il rosso (guardare indietro), l'oscuramento delle galassie [causato] dall'aumentare della distanza è compensato dallo spostamento verso il rosso, quindi l'intensità osservata è indipendente da quella verso il rosso. Questo perché, per le galassie con spostamento verso il rosso più alte, si osservano lunghezze d'onda intrinsecamente più brevi (di (1 + z)) in cui la radiazione è più forte per uno spettro termico come lo spettro della polvere. ”
Questo è stato seguito dai dati di ALMA, che il team ha usato per determinare la distanza delle galassie osservando la lunghezza d'onda spostata in rosso delle molecole di monossido di carbonio nei loro mezzi interstellari (ISM). Da tutti i dati raccolti, sono stati in grado di limitare le proprietà di una di queste galassie - SPT0311-58 - osservandone le linee spettrali. In tal modo, hanno determinato che questa galassia esisteva solo 760 milioni di anni dopo il Big Bang.
"Poiché la potenza del segnale a 1 mm è indipendente dallo spostamento verso il rosso (guardare indietro), non abbiamo un indizio a priori se un oggetto è relativamente vicino (in senso cosmologico) o all'epoca della reionizzazione", hanno detto. “Questo è il motivo per cui abbiamo intrapreso un ampio sondaggio per determinare i redshift attraverso l'emissione di linee molecolari usando ALMA. SPT0311-58 risulta essere l'oggetto a spostamento verso il rosso più alto scoperto in questo sondaggio e in effetti la galassia polverosa a forma di stella più distante e massiccia finora scoperta. "
Dalle loro osservazioni, hanno anche determinato che SPT0311-58 ha una massa di circa 330 miliardi di masse solari, che è circa 66 volte più della Galassia della Via Lattea (che ha circa 5 miliardi di masse solari). Hanno anche stimato che sta formando nuove stelle ad un tasso di diverse migliaia all'anno, il che potrebbe essere il caso delle galassie vicine che risalgono a questo periodo.
Questo oggetto raro e distante è uno dei migliori candidati finora per studiare l'aspetto dell'Universo primordiale e come si è evoluto da allora. Questo a sua volta consentirà agli astronomi e ai cosmologi di testare le basi teoriche della teoria del Big Bang. Come Strandet e Weiss hanno raccontato a Space Magazine della loro scoperta:
“Questi oggetti sono importanti per comprendere l'evoluzione delle galassie nel loro insieme poiché le grandi quantità di polvere già presenti in questa fonte, a soli 760 milioni di anni dopo il Big Bang, significano che si tratta di un oggetto estremamente massiccio. Il semplice fatto che tali enormi galassie esistessero già quando l'Universo era ancora così giovane pone forti vincoli alla nostra comprensione dell'accumulo di massa di galassie. Inoltre, la polvere deve formarsi in un tempo molto breve, il che fornisce ulteriori spunti sulla produzione di polvere dalla prima popolazione stellare. "
La capacità di guardare più in profondità nello spazio, e più indietro nel tempo, ha portato a molte scoperte sorprendenti negli ultimi tempi. E questi a loro volta hanno sfidato alcune delle nostre ipotesi su ciò che è accaduto nell'Universo e quando. E alla fine, stanno aiutando gli scienziati a creare un resoconto più dettagliato e completo dell'evoluzione cosmica. Un giorno presto, potremmo anche essere in grado di sondare i primi momenti nell'Universo e guardare la creazione in azione!
