Trovata una galassia che illumina l'Universo poco dopo il Big Bang

Trovata una galassia che illumina l'Universo poco dopo il Big Bang
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I ricercatori dell'University College London hanno presentato la scoperta di una galassia antichissima, circa 13 miliardi di anni fa, in grado di ionizzare il mezzo interstellare. La ricerca è stata comunicata durante il meeting dell'European Astronomical Society del 2 Luglio, tenutosi in via telematica a causa delle restrizioni per il COVID-19.

Circa 370.000 anni dopo il Big Bang, l'Universo ha attraversato un periodo chiamato "Cosmic Dark Ages". Durante questo periodo il cosmo è trasparente ma non ci sono fonti di luce, le stelle non sono ancora nate. Le uniche sorgenti di fotoni sono la radiazione fossile proveniente dalla ricombinazione e la radiazione emessa dal decadimento della riga a 21 cm dell'idrogeno neutro.

Quando le prime stelle si formano, grazie all'attrazione gravitazionale in zone sovra-dense dell'Universo, queste emettono radiazione ultravioletta in grado di ionizzare il mezzo interstellare e dando vita all'Epoca della Reionizzazione.

Uno dei più grandi misteri della cosmologia è l'inizio dell'epoca della Reionizzazione. Per cercarlo gli astronomi hanno guardato molto lontano, e quindi molto indietro nel tempo, per cercare le prime galassie in grado di ionizzare il mezzo interstellare.

Durante la presentazione al meeting del EAS, Romain Meyer e i suoi colleghi hanno presentato i loro risultati, che evidenziano come la Reionizzazione fosse completata circa 13 miliardi di anni fa. Studiare le galassie presenti in questo periodo è fondamentale per comprendere l'evoluzione dell'Universo.

In accordo con i modelli cosmologici, le galassie si sono formate a partire da ammassi di stelle; nel tempo, la radiazione che hanno emesso è stata in grado di ionizzare il mezzo interstellare e separare gli elettroni dai protoni.

"Guardando le galassie più lontane, stiamo guardando indietro nel tempo, perché la luce ha viaggiato per miliardi di anni prima di raggiungere noi. Questo è fantastico, perché possiamo guardare le galassie come erano prima, ma ci sono diverse problematiche," spiega il Dr. Meyer.

Per iniziare, gli oggetti molto distanti sono anche molto deboli e possono essere osservati solo con i migliori telescopi da Terra o dallo Spazio. In più, a causa dell'espansione dell'Universo, la luce subisce un effetto detto Red Shift, che fa diminuire la sua frequenza.

Nel caso delle galassie che stiamo osservando, l'iniziale radiazione ultravioletta è stata spostata negli infrarossi. Per osservare A370p_z1, la galassia in questione, gli astronomi hanno dovuto cercare tra i dati dell'Hubble Frontier Field program, pensato per cercare la prima stella dell'Universo.

I dati di Hubble suggeriscono che la galassia è estremamente antica. Grazie al Very Large Telescope hanno ottenuto dei dati migliori sullo spettro, in particolare osservando la riga Lymann-Alpha, un frequenza emessa dall'idrogeno ionizzato.

"La grande sorpresa è stata che la linea osservata era una doppia linea, molto raro da osservare in galassie così giovani. È solo la quarta galassia con una doppia linea Lymann-Alpha nel primo miliardo di anni. La presenza di questa linea ci permette di calcolare la frazione di fotoni energetici che attraversano il mezzo intergalattico," racconta Meyer.

A370p_z1 sembra emettere dal 60 al 100 percento della radiazione ionizzante nelle vicinanze e probabilmente è la causa della bolla di gas ionizzato nel mezzo intergalattico. Le galassie attuali emettono circa il 10% dei loro fotoni ionizzanti.

La scoperta è molto importante perché può aiutare a risolvere un grande mistero cosmologico. La domanda su quando e come sia avvenuta la reionizzazione ha due possibili risposte: una grande popolazione di galassie deboli emette il 10% dei loro fotoni, oppure poche e luminosissime galassie emettono oltre il 50% dei loro fotoni energetici. La scoperta di A370p_z1 ci dice che le galassie antiche erano molto diverse da quelle attuali.

Tuttavia abbiamo prove sufficiente per affermare che la reionizzazione sia terminata almeno 800 milioni di anni dopo il Big Bang, rendendo lo scenario con poche galassie molto più plausibile. Come sottolinia Meyer, questa scoperta è in grado di fissare meglio i parametri dei modelli cosmologici e di descrivere meglio l'evoluzione dell'Universo.