Tra le domande più fondamentali in astronomia c’è: come ha fatto il si formano le prime stelle e galassie?
Il James Webb Space Telescope (JWST), una partnership tra la NASA, l’Agenzia spaziale europea e l’Agenzia spaziale canadese, fornisce già nuove informazioni su questa questione.
Questa immagine a infrarossi dal James Webb Space Telescope (JWST) della NASA è stata scattata per il programma JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, o JADES. Credito immagine: NASA, ESA, CSA, Brant Robertson, Ben Johnson, Sandro Tacchella, Marcia Rieke, Daniel Eisenstein
Uno dei più grandi programmi in di Webb primo anno di scienze è il JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, o GIADEche dedicherà circa 32 giorni di tempo del telescopio per scoprire e caratterizzare galassie deboli e distanti.
Mentre i dati stanno ancora arrivando, JADES ha già scoperto centinaia di galassie che esistevano quando l’universo aveva meno di 600 milioni di anni. Il team internazionale, che comprende ricercatori dell’Università di Cambridge, ha anche identificato galassie scintillanti con molte stelle giovani e calde.
Il gruppo di ricerca extragalattico del Cavendish Laboratory co-diretto da Professor Roberto Maiolino E Dott. Sandro Tacchella sta svolgendo un ruolo di leadership in JADES, che è una partnership tra il team scientifico di NIRCam, l’imager primario di JWST, e NIRSpec, lo spettrografo primario di JWST.
Nell’autunno del 2022, JADES ha acquisito immagini profonde e spettroscopia dentro e intorno all’iconico Hubble Ultra Deep Field.
Il James Webb Space Telescope osserva le prime galassie e stelle. Credito immagine: NASA-GSFC/Adriana M. Gutierrez
L’immagine di JADES è profonda, si estende ulteriormente nell’infrarosso e copre un’area più ampia rispetto a qualsiasi immagine precedente con il telescopio spaziale Hubble. I risultati basati su questi dati, che non sono stati ancora sottoposti a revisione paritaria, vengono riportati al 242a riunione dell’American Astronomical Society ad Albuquerque, Nuovo Messico.
“Con JADES, vogliamo rispondere a molte domande, come: come si sono assemblate le prime galassie? Quanto velocemente hanno formato le stelle? Perché alcune galassie smettono di formare stelle? ha affermato Marcia Rieke dell’Università dell’Arizona, co-responsabile del programma JADES.
Per centinaia di milioni di anni dopo il big bang, l’universo è stato riempito da una nebbia gassosa. Un miliardo di anni dopo il big bang, la nebbia si era diradata e l’universo era diventato trasparente, un processo noto come reionizzazione.
Immagine del Quintetto di Stephan (un gruppo di cinque galassie) composto da dati JWST utilizzando la Near-Infrared Camera (NIRCam) e il Mid-Infrared Instrument (MIRI). Una delle galassie (NGC7319) nel gruppo è una delle galassie attive studiate in questo lavoro. Credito immagine: NASA, ESA, CSA, STScI.
Gli scienziati hanno discusso se i buchi neri supermassicci attivi o le galassie piene di giovani stelle calde fossero la causa principale della reionizzazione.
Nell’ambito del programma JADES, i ricercatori hanno studiato queste galassie per cercare segni di formazione stellare e ne hanno trovati in abbondanza.
“Quasi ogni singola galassia che stiamo trovando mostra queste firme di linee di emissione insolitamente forti che indicano un’intensa formazione stellare recente. Queste prime galassie erano molto brave a creare stelle calde e massicce”, ha detto Ryan Endsley dell’Università del Texas ad Austin.
Queste stelle luminose e massicce emettevano luce ultravioletta, che trasformava il gas circostante da opaco a trasparente ionizzando gli atomi, rimuovendo gli elettroni dai loro nuclei.
Poiché queste prime galassie avevano una così grande popolazione di stelle calde e massicce, potrebbero essere state il motore principale del processo di reionizzazione. Il successivo ricongiungimento degli elettroni e dei nuclei produce linee di emissione distintamente forti.
Il team ha anche trovato prove che queste giovani galassie hanno subito periodi di rapida formazione stellare intervallati da periodi tranquilli in cui si sono formate meno stelle. Questi attacchi e inizi potrebbero essersi verificati quando le galassie hanno catturato ammassi delle materie prime gassose necessarie per formare le stelle.
In alternativa, poiché le stelle massicce esplodono rapidamente, potrebbero aver iniettato periodicamente energia nell’ambiente circostante, impedendo al gas di condensarsi per formare nuove stelle.
Un altro GIADA risultato rilasciato oggi riguarda l’evoluzione strutturale delle galassie. Il team ha utilizzato i dati di imaging e spettroscopia per affrontare una chiave sconosciuta nell’astrofisica extragalattica, ovvero come si è formata la diversità strutturale delle galassie che osserviamo oggi.
Il team ha scoperto una galassia nell’universo neonato – appena 700 milioni di anni dopo il big bang – ma con la struttura di una galassia molto più matura. La galassia è 100 volte meno massiccia della Via Lattea, ma è molto compatta. La maggior parte delle giovani stelle di questa galassia sono in periferia, indicando che questa galassia sta crescendo dall’interno verso l’esterno.
“Sono stato sorpreso di trovare una galassia così compatta così presto nell’universo”, ha detto Tacchella, del Cavendish Laboratory di Cambridge e del Kavli Institute for Cosmology. “Sono entusiasta che il telescopio funzioni così bene, permettendoci di effettuare misurazioni così dettagliate di galassie così distanti”.
Un altro elemento del programma JADES prevede la ricerca delle prime galassie che esistevano quando l’universo aveva meno di 400 milioni di anni. Studiando queste galassie, gli astronomi possono esplorare come la formazione stellare nei primi anni dopo il big bang fosse diversa da quella che si vede oggi.
La luce delle galassie lontane viene allungata a lunghezze d’onda maggiori e colori più rossi dall’espansione dell’universo, un fenomeno chiamato spostamento verso il rosso. Misurando il redshift di una galassia, gli astronomi possono scoprire quanto è lontana e, quindi, quando esisteva nell’universo primordiale.
Prima di Webb, c’erano solo poche dozzine di galassie osservate al di sopra di un redshift di 8, quando l’universo aveva meno di 650 milioni di anni, ma JADES ha ora scoperto quasi un migliaio di queste galassie estremamente distanti.
Il gold standard per determinare il redshift consiste nell’osservare lo spettro di una galassia, che misura la sua luminosità a lunghezze d’onda ravvicinate.
Ma una buona approssimazione può essere determinata scattando foto di una galassia utilizzando filtri che coprono ciascuno una stretta banda di colori per ottenere una manciata di misurazioni della luminosità. In questo modo, i ricercatori possono determinare le stime per le distanze di molte migliaia di galassie contemporaneamente.
Kevin Hainline dell’Università dell’Arizona a Tucson e i suoi colleghi hanno utilizzato lo strumento NIRCam (Near-Infrared Camera) di Webb per ottenere queste misurazioni, chiamate spostamenti verso il rosso fotometrici, e hanno identificato più di 700 galassie candidate che esistevano quando l’universo era compreso tra 370 milioni e 650 milioni Anni.
Il semplice numero di queste galassie era ben oltre le previsioni delle osservazioni fatte prima del lancio di Webb. La risoluzione e la sensibilità dell’osservatorio consentono agli astronomi di ottenere una visione migliore di queste galassie distanti come mai prima d’ora.
“In precedenza, le prime galassie che potevamo vedere sembravano solo piccole macchie. Eppure quelle macchie rappresentano milioni o addirittura miliardi di stelle all’inizio dell’universo”, ha detto Hainline.
“Ora possiamo vedere che alcuni di essi sono in realtà oggetti estesi con una struttura visibile. Possiamo vedere gruppi di stelle nascere solo poche centinaia di milioni di anni dopo l’inizio dei tempi».
“Stiamo scoprendo che la formazione stellare nell’universo primordiale è molto più complicata di quanto pensassimo”, ha detto Rieke.
Fonte: università di Cambridge
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
