Una nuova brillante idea che mostra come le galassie illuminassero l'Universo primordiale

Le galassie dell'Universo primordiale erano molto più luminose di quanto previsto dagli astronomi, rivelano i nuovi risultati del telescopio spaziale Spitzer. Le antiche galassie sono viste brillare nella luce infrarossa che ha lasciato la loro fonte durante la prima età delle galassie e delle stelle. Gli astronomi credono che questa scoperta possa aiutare a rispondere a un mistero intrigante fin dalla prima era del nostro Cosmo.

Dopo il Big Bang, l'universo era pieno di energia, ma la materia non era ancora nata. La prima materia che venne alla luce fu sotto forma di idrogeno ionizzato ed elio e la luce iniziò a riempire il Cosmo. Tuttavia, circa 300.000 anni dopo il Big Bang, questo gas ionizzato divenne elettricamente neutro e l'Universo entrò in un'era che i cosmologi chiamano "The Dark Ages".

La concezione di un artista di come potrebbe essere stata una galassia antica. La formazione di stelle attive, combinata con frequenti morti di stelle avrebbe illuminato il gas tra le stelle, rendendo la galassia in gran parte opaca e lasciando questi corpi con una piccola struttura. Credito immagine: James Josephides (Swinburne Astronomy Productions)

All'inizio…

L'epoca della reionizzazione iniziò 500 milioni di anni dopo il Big Bang, in un momento in cui i quasar iniziarono a prendere forma e le galassie iniziarono a svilupparsi. Lentamente, per altri 500 milioni di anni, questa reionizzazione ha illuminato l'Universo, trasformando il Cosmo da una distesa oscura al luogo brillante che conosciamo oggi. Come sia avvenuta la reionizzazione, tuttavia, rimane un mistero.

"È una delle più grandi domande aperte sulla cosmologia osservativa. Sappiamo che è successo, ma cosa l'ha causato? Queste nuove scoperte potrebbero essere un grande indizio ”, ha affermato Stephane De Barros dell'Università di Ginevra in Svizzera.

Un'immagine composita di un campo di galassie, presa dai telescopi spaziali Hubble e Spitzer. Le più antiche e più deboli galassie sono cerchiate. L'immagine dell'inserto in basso a destra mostra un primo piano, l'immagine a lunga esposizione di una di queste antiche famiglie di stelle. Credito di immagine: NASA / JPL-Caltech / ESA / Spitzer / P. Oesch / S. De Barros / I.Labbe

Il telescopio spaziale Spitzer è stato usato per guardare indietro alle prime galassie del Cosmo, a 13 miliardi di anni luce di distanza dalla Terra. L'esame di 135 galassie ha rilevato che questi corpi antichi, popolati da stelle giovani e massicce, erano sorprendentemente energici in due frequenze di luce infrarossa. Queste lunghezze d'onda erano coerenti con la luce prodotta dalle radiazioni ionizzanti che interagivano con l'idrogeno e l'ossigeno all'interno delle galassie.

“Non ci aspettavamo che Spitzer, con uno specchio non più grande di un Hula-Hoop, sarebbe stato in grado di vedere galassie così vicine all'alba dei tempi. Ma la natura è piena di sorprese ", ha affermato Michael Werner, scienziato del progetto Spitzer presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA.

Una rappresentazione grafica della storia dell'Universo. Credito immagine: S.G. Djorgovski et al./Digital Media Center, Caltech

Per alleggerire la storia ...

Dopo la formazione della materia, l'unica radiazione elettromagnetica (em) che poteva permeare l'Universo erano le onde radio e la luce visibile, mentre le radiazioni em con lunghezze d'onda più brevi - la luce ultravioletta, per esempio - sono state catturate dagli atomi di idrogeno. Nel processo, questi atomi sono stati privati ​​dei loro elettroni, creando ioni.

La prova di questa epoca di reionizzazione si vede quando gli astronomi guardano indietro ai primi giorni del Cosmo, mentre la fonte dell'enorme quantità di energia richiesta per alimentare questo cambiamento nell'intero Universo rimane sconosciuta. Le stelle o le galassie potrebbero essere state responsabili, ma la produzione di energia di questi corpi avrebbe richiesto a questi corpi di essere molto più potenti di quanto lo siano oggi. Una teoria suggerisce che i quasar - galassie con buchi neri supermassicci incredibilmente potenti - potrebbero aver prodotto l'energia necessaria per ionizzare la materia del Cosmo.

"La storia così lontana:
All'inizio fu creato l'Universo.
Questo ha fatto arrabbiare molte persone ed è stato ampiamente considerato una mossa sbagliata. "
- Douglas Adams, The Restaurant at the End of the Universe

Posso vedere chiaramente ora

“Questi risultati di Spitzer sono certamente un altro passo per risolvere il mistero della reionizzazione cosmica. Ora sappiamo che le condizioni fisiche in queste prime galassie erano molto diverse rispetto alle galassie tipiche di oggi. Sarà compito del James Webb Space Telescope elaborare i motivi dettagliati del perché ”, ha affermato Pascal Oesch dell'Università di Ginevra.

Il James Webb Space Telescope, che potrebbe rispondere a molte delle domande che rimangono della prima era della materia nell'Universo, dovrebbe essere lanciato nel 2021.