Credito d'immagine: ESO
Un team internazionale di astronomi ha utilizzato il Very Large Telescope (VLT) dell'Osservatorio europeo meridionale per guardare in profondità nello spazio e vedere galassie situate a 12,6 miliardi di anni luce di distanza: queste galassie sono state viste quando l'Universo era solo il 10% della sua era attuale. Poche galassie così antiche sono state trovate e questa nuova collezione ha aiutato gli astronomi a concludere che fanno parte di un'era oscura cosmica, quando le galassie luminose erano più rare - ce n'erano molte altre solo 500 milioni di anni dopo.
Utilizzando il Very Large Telescope (VLT) dell'ESO, due astronomi tedeschi e britannici [2] hanno scoperto alcune delle galassie più distanti mai viste. Si trovano a circa 12.600 milioni di anni luce di distanza.
La luce ora registrata dal VLT ha impiegato circa nove decimi dell'età dell'Universo per attraversare questa enorme distanza. Osserviamo quindi quelle galassie come erano in un momento in cui l'Universo era molto giovane, meno del 10% circa della sua età attuale. In questo momento, l'Universo stava emergendo da un lungo periodo noto come "Medioevo", entrando nell'epoca luminosa del "Rinascimento cosmico".
A differenza degli studi precedenti che avevano portato alla scoperta di alcune galassie ampiamente disperse in questa prima epoca, il presente studio ha trovato almeno sei cittadini remoti all'interno di una piccola area di cielo, meno del cinque per cento delle dimensioni della luna piena! Ciò ha permesso di comprendere l'evoluzione di queste galassie e come influenzano lo stato dell'Universo nella sua giovinezza.
In particolare, gli astronomi concludono, sulla base dei loro dati unici, che in questa fase iniziale vi erano considerevolmente meno galassie luminose nell'Universo rispetto a 500 milioni di anni dopo.
Pertanto, ci devono essere molte galassie meno luminose nella regione dello spazio che hanno studiato, troppo deboli per essere rilevate in questo studio. Devono essere quelle galassie ancora non identificate che emettono la maggior parte dei fotoni energetici necessari per ionizzare l'idrogeno nell'Universo in quell'epoca particolarmente.
Dal Big Bang al Rinascimento cosmico
Oggi l'Universo è pervaso dall'energica radiazione ultravioletta, prodotta da quasar e stelle calde. I fotoni a lunghezza d'onda corta liberano elettroni dagli atomi di idrogeno che formano il mezzo intergalattico diffuso e quest'ultimo è quindi quasi completamente ionizzato. Vi fu, tuttavia, un'epoca precoce nella storia dell'Universo quando non era così.
L'Universo emanava da uno stato iniziale caldo ed estremamente denso, il cosiddetto Big Bang. Gli astronomi ora credono che abbia avuto luogo circa 13.700 milioni di anni fa.
Durante i primi minuti, furono prodotte enormi quantità di protoni, neutroni ed elettroni. L'Universo era così caldo che i protoni e gli elettroni fluttuavano liberamente: l'Universo era completamente ionizzato.
Dopo circa 100.000 anni, l'Universo si era raffreddato di qualche migliaio di gradi e ora i nuclei e gli elettroni si combinavano per formare atomi. I cosmologi si riferiscono a questo momento come "epoca di ricombinazione". La radiazione di fondo a microonde che ora osserviamo da tutte le direzioni raffigura lo stato di grande uniformità nell'Universo in quell'epoca lontana.
Tuttavia, questo è stato anche il momento in cui l'Universo è precipitato nell'oscurità. Da un lato, la radiazione delle reliquie della sfera di fuoco primordiale era stata allungata dall'espansione cosmica verso lunghezze d'onda più lunghe e quindi non era più in grado di ionizzare l'idrogeno. Al contrario, è stato intrappolato dagli atomi di idrogeno appena formati. Dall'altro lato, non erano ancora state formate stelle o quasar che potessero illuminare il vasto spazio. Questa era cupa è quindi ragionevolmente soprannominata "Dark Age". Le osservazioni non sono ancora state in grado di penetrare in questa epoca remota: le nostre conoscenze sono ancora rudimentali e si basano tutte su calcoli teorici.
Qualche centinaio di milioni di anni dopo, o almeno così credono gli astronomi, alcuni dei primissimi oggetti massicci si erano formati dalle enormi nuvole di gas che si erano mosse insieme. La prima generazione di stelle e, un po 'più tardi, le prime galassie e quasar, produssero radiazioni ultraviolette intense. Quella radiazione non poteva viaggiare molto lontano, tuttavia, poiché sarebbe stata immediatamente assorbita dagli atomi di idrogeno che erano stati nuovamente ionizzati in questo processo.
Il gas intergalattico si è quindi nuovamente ionizzato in sfere in costante crescita attorno alle fonti ionizzanti. Ad un certo momento, queste sfere erano diventate così grandi da sovrapporsi completamente: la nebbia sull'Universo si era sollevata!
Questa era la fine del Medioevo e, con un termine ripreso dalla storia umana, viene talvolta chiamato "Rinascimento cosmico". Descrivendo la caratteristica più significativa di questo periodo, gli astronomi la chiamano anche "l'epoca della reionizzazione".
Trovare le galassie più lontane con il VLT
Per gettare luce sullo stato dell'Universo alla fine del Medioevo, è necessario scoprire e studiare galassie estremamente distanti (ovvero high-redshift [2]). Possono essere usati vari metodi osservativi - per esempio, galassie distanti sono state trovate mediante imaging a banda stretta (ad esempio ESO PR 12/03), usando immagini che sono state potenziate gravitazionalmente da ammassi enormi, e anche in modo fortuito.
Matthew Lehnert del MPE di Garching, in Germania, e Malcolm Bremer dell'Università di Bristol, nel Regno Unito, hanno usato una tecnica speciale che sfrutta il cambiamento dei colori osservati di una galassia distante che è causata dall'assorbimento nel mezzo intergalattico intermedio. Le galassie con turni rossi da 4,8 a 5,8 [2] possono essere trovate cercando galassie che appaiono relativamente luminose nella luce ottica rossa e che sono deboli o non rilevate nella luce verde. Tali "rotture" nella distribuzione della luce delle singole galassie forniscono una forte prova del fatto che la galassia potrebbe trovarsi ad alto spostamento verso il rosso e che la sua luce ha iniziato il suo lungo viaggio verso di noi, solo circa 1000 milioni di anni dopo il Big Bang.
Per questo, hanno utilizzato per la prima volta lo strumento multimodale FORS2 sul telescopio VLT YEPUN da 8,2 m per scattare foto estremamente “profonde” attraverso tre filtri ottici (verde, rosso e molto rosso) di una piccola area di cielo (40 minuti quadrati , o circa il 5 percento delle dimensioni della luna piena). Queste immagini hanno rivelato circa 20 galassie con grandi interruzioni tra i filtri verde e rosso, suggerendo che si trovavano in alto spostamento verso il rosso. Gli spettri di queste galassie sono stati quindi ottenuti con lo stesso strumento, al fine di misurare i loro veri spostamenti verso il rosso.
"La chiave del successo di queste osservazioni è stata l'uso del fantastico nuovo rivelatore potenziato rosso disponibile su FORS2", afferma Malcolm Bremer.
Gli spettri hanno indicato che sei galassie si trovano a distanze corrispondenti a spostamenti in rosso tra 4.8 e 5.8; altre galassie erano più vicine. Sorprendentemente, e per la gioia degli astronomi, una linea di emissione è stata vista in un'altra debole galassia che è stata osservata per caso (si trovava in una delle fessure FORS2) che potrebbe essere posizionata ancora più lontano, in uno spostamento rosso di 6.6. Se ciò fosse confermato da successive osservazioni più dettagliate, quella galassia sarebbe un contendente per la medaglia d'oro come la più distante conosciuta!
Le prime galassie conosciute
Gli spettri hanno rivelato che queste galassie stanno attivamente formando stelle e probabilmente non hanno più di 100 milioni di anni, forse anche più giovani. Tuttavia, i loro numeri e la luminosità osservata suggeriscono che le galassie luminose in questi spostamenti verso il rosso sono meno e meno luminose delle galassie selezionate in modo simile più vicine a noi.
"I nostri risultati mostrano che la luce ultravioletta combinata delle galassie scoperte è insufficiente per ionizzare completamente il gas circostante", spiega Malcom Bremer. “Questo ci porta alla conclusione che ci devono essere molte galassie più piccole e meno luminose nella regione dello spazio che abbiamo studiato, troppo deboli per essere rilevate in questo modo. Devono essere queste galassie ancora invisibili che emettono la maggior parte dei fotoni energetici necessari per ionizzare l'idrogeno nell'Universo. "
"Il prossimo passo sarà quello di utilizzare il VLT per trovare più e più deboli galassie a turni rossi ancora più elevati", aggiunge Matthew Lehnert. "Con un campione più ampio di oggetti così distanti, possiamo quindi ottenere informazioni sulla loro natura e sulla variazione della loro densità nel cielo".
Una premiere britannica
Le osservazioni qui presentate sono tra le prime principali scoperte degli scienziati britannici da quando il Regno Unito è diventato membro dell'ESO nel luglio 2002. Richard Wade del Particle Physics and Astronomy Research Council (PPARC), che finanzia l'abbonamento del Regno Unito all'ESO, è molto soddisfatto : “Unendosi all'Osservatorio europeo meridionale, agli astronomi del Regno Unito è stato concesso l'accesso a strutture leader del mondo, come il VLT. Questi nuovi entusiasmanti risultati, di cui sono sicuro che ce ne saranno molti altri a venire, illustrano come gli astronomi del Regno Unito stanno contribuendo con scoperte all'avanguardia. "
Maggiori informazioni
I risultati descritti in questo comunicato stampa stanno per apparire sulla rivista di ricerca Astrophysical Journal ("Luminous Lyman Break Galaxies at z> 5 and the Source of Reionization" di M. D. Lehnert e M. Bremer). È disponibile elettronicamente come astro-ph / 0212431.
Appunti
[1]: questo è un comunicato stampa coordinato ESO / PPARC. La versione PPARC della versione è disponibile qui.
[2]: Questo lavoro è stato condotto da Malcolm Bremer (Università di Bristol, Regno Unito) e Matthew Lehnert (Max-Planck-Institut f? R Extraterrestrische Physik, Garching, Germania).
[3]: I redshift misurati delle galassie nel Deep Field di Bremer sono z = 4.8-5.8, con un redshift imprevisto (e sorprendente) di 6.6. In astronomia, il redshift indica la frazione con cui le linee nello spettro di un oggetto vengono spostate verso lunghezze d'onda più lunghe. Lo spostamento verso il rosso osservato di una galassia remota fornisce una stima della sua distanza. Le distanze indicate nel presente testo si basano su un'età dell'Universo di 13,7 miliardi di anni. Al redshift indicato, la linea Lyman-alfa dell'idrogeno atomico (lunghezza d'onda di riposo 121,6 nm) è osservata tra 680 e 920 nm, cioè nella regione spettrale rossa.
Fonte originale: Comunicato stampa ESO
