Il Telescopio Spaziale James Webb e le Galassie Primordiali
Nel campo di osservazione del Telescopio Spaziale James Webb, situato tra le costellazioni di Pesci e Andromeda, sono presenti oltre 20.000 galassie. Gli studiosi hanno basato le loro osservazioni sul quasar J0100+2802, un buco nero supermassiccio attivo che funge da faro. Questo quasar è così luminoso che agisce come una torcia, illuminando il gas tra esso e il telescopio. Il team ha analizzato 117 galassie che esistevano circa 900 milioni di anni dopo il Big Bang, concentrandosi su 59 che si trovano di fronte al quasar.
Le Stelle delle Galassie Primordiali e la Luce
Le stelle delle galassie primordiali hanno permesso alla luce di viaggiare liberamente riscaldando e ionizzando il gas intergalattico, liberando vaste regioni attorno a loro. Applicando questa visione alle condizioni dell’universo primordiale, ma passando da una concentrazione sulla roccia al gas, solo poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, il cosmo era pieno di gas di idrogeno opaco che intrappolava la luce a certe lunghezze d’onda provenienti da stelle e galassie. Nel corso del primo miliardo di anni, il gas è diventato completamente trasparente, permettendo alla luce di viaggiare liberamente. Gli studiosi hanno a lungo cercato prove definitive per spiegare questo cambiamento.
Il Telescopio Spaziale James Webb e le Galassie Primordiali
Nuovi dati provenienti dal Telescopio Spaziale James Webb hanno recentemente individuato la risposta utilizzando un insieme di galassie che esistevano quando l’universo aveva solo 900 milioni di anni. Le stelle in queste galassie emettevano abbastanza luce per ionizzare e riscaldare il gas attorno a loro, formando enormi “bolle” trasparenti. Alla fine, queste bolle si sono incontrate e fuse, portando alle chiare e ampie vedute di oggi.
Il Telescopio Spaziale James Webb ha restituito immagini e spettri straordinariamente dettagliati di galassie che esistevano quando l’universo aveva solo 900 milioni di anni. “Nell’immagine nell’infrarosso vicino di Webb, possiamo vedere strutture in ogni singola galassia che il telescopio ha rilevato”, ha condiviso Jorryt Matthee dell’ETH di Zurigo. “Webb ci sta mostrando la giovinezza avventurosa di queste prime galassie”.
Le Galassie Primordiali e la Trasformazione dell’Universo
Nell’universo primordiale, il gas tra le stelle e le galassie era opaco – la luce stellare energetica non poteva penetrarlo. Ma 1 miliardo di anni dopo il Big Bang, il gas era diventato completamente trasparente. Perché? Nuovi dati dal Telescopio Spaziale James Webb della NASA hanno individuato la ragione: le stelle delle galassie emettevano abbastanza luce per riscaldare e ionizzare il gas attorno a loro, liberando la nostra vista collettiva nel corso di centinaia di milioni di anni.
Il Ruolo delle Galassie nella Reionizzazione dell’Universo
Più di 13 miliardi di anni fa, durante l’Era della Reionizzazione, l’universo era un posto molto diverso. Il gas tra le galassie era in gran parte opaco alla luce energetica, rendendo difficile osservare le giovani galassie. Man mano che le stelle e le giovani galassie continuavano a formarsi ed evolversi, iniziarono a cambiare il gas attorno a loro. Nel corso di centinaia di milioni di anni, il gas si è convertito da gas neutro e opaco a gas ionizzato e trasparente.
Le Galassie e la Fine dell’Era della Reionizzazione
Gli studiosi hanno a lungo cercato prove definitive per spiegare queste trasformazioni. I nuovi risultati effettivamente svelano il sipario alla fine di questo periodo di reionizzazione. “Non solo Webb mostra chiaramente che queste regioni trasparenti si trovano attorno alle galassie, ma abbiamo anche misurato quanto sono grandi”, ha spiegato Daichi Kashino dell’Università di Nagoya in Giappone, autore principale del primo articolo del team. “Con i dati di Webb, stiamo vedendo le galassie reionizzare il gas attorno a loro”.
Queste regioni di gas trasparente sono gigantesche rispetto alle galassie – immagina una mongolfiera con un pisello sospeso all’interno. I dati di Webb mostrano che queste galassie relativamente piccole hanno guidato la reionizzazione, liberando massicce regioni di spazio attorno a loro. Nel corso del prossimo centinaio di milioni di anni, queste ”bolle” trasparenti hanno continuato a crescere sempre più, alla fine fondendosi e causando l’intero universo a diventare trasparente.
Il Quasar J0100+2802 e le Galassie Primordiali
Mentre la luce del quasar viaggiava verso di noi attraverso diverse zone di gas, veniva assorbita dal gas opaco o si muoveva liberamente attraverso il gas trasparente. I risultati rivoluzionari del team sono stati possibili solo abbinando i dati di Webb con le osservazioni del quasar centrale dall’Osservatorio W. M. Keck alle Hawaii, e dal Very Large Telescope dell’Osservatorio Europeo Australe e dal Telescopio Magellano all’Osservatorio Las Campanas, entrambi in Cile.
“La luce del quasar, illuminando il gas lungo la nostra linea di vista, ci fornisce ampie informazioni sulla composizione e lo stato del gas”, ha spiegato Anna-Christina Eilers del MIT a Cambridge, Massachusetts, autrice principale di un altro articolo del team.
Gli studiosi hanno poi utilizzato Webb per identificare le galassie vicino a questa linea di vista e hanno dimostrato che le galassie sono generalmente circondate da regioni trasparenti di circa 2 milioni di anni luce di raggio. In altre parole, Webb ha assistito alle galassie nel processo di liberare lo spazio attorno a loro alla fine dell’Era della Reionizzazione. Per mettere questo in prospettiva, l’area che queste galassie hanno liberato è approssimativamente la stessa distanza dello spazio tra la nostra galassia della Via Lattea e la nostra vicina, Andromeda.
Fino ad ora, gli studiosi non avevano questa prova definitiva di ciò che ha causato la reionizzazione – prima di Webb, non erano certi di ciò che era precisamente responsabile.
Il Futuro della Ricerca sulle Galassie Primordiali
Il team si immergerà presto nella ricerca sulle galassie in cinque ulteriori campi, ciascuno ancorato da un quasar centrale. I risultati di Webb dal primo campo erano così chiaramente evidenti che non potevano aspettare di condividerli. “Ci aspettavamo di identificare alcune dozzine di galassie che esistevano durante l’Era della Reionizzazione, ma siamo stati facilmente in grado di individuarne 117″, ha spiegato Kashino. ”Webb ha superato le nostre aspettative”.
Il team di ricerca di Lilly, l’Emission-line galaxies and Intergalactic Gas in the Epoch of Reionization (EIGER), ha dimostrato il potere unico di combinare immagini convenzionali dalla NIRCam (Near-Infrared Camera) di Webb con dati dalla stessa modalità di spettroscopia senza fenditura a campo largo dell’strumento, che fornisce uno spettro di ogni oggetto nelle immagini, trasformando Webb in quello che il team chiama una “spettacolare macchina spettroscopica a redshift”.