Il telescopio spaziale James Webb e la rivoluzione nella comprensione dell’evoluzione delle galassie
Il telescopio spaziale James Webb sta rivoluzionando la nostra comprensione dell’evoluzione delle galassie nell’universo primordiale attraverso l’analisi dello spostamento verso il rosso (redshift) e tecniche avanzate di imaging, portando a scoperte significative e sottolineando la necessità di dati spettroscopici precisi.
Obiettivi scientifici e tecniche di analisi
Uno degli obiettivi scientifici del telescopio spaziale James Webb è comprendere come le galassie nell’universo primordiale si siano formate ed evolute in galassie molto più grandi, come la nostra Via Lattea. Questo obiettivo richiede l’identificazione di campioni di galassie in diversi momenti della storia dell’universo per esplorare come le loro proprietà si evolvano nel tempo.
Analisi della luce e determinazione del “quando” nell’universo
Micaela Bagley, ricercatrice post-dottorato presso l’Università del Texas ad Austin, spiega come gli astronomi analizzino la luce proveniente da galassie lontane e determinino “quando nella storia dell’universo” le stiamo osservando.
La scoperta di galassie nell’universo primordiale e l’importanza dei dati spettroscopici
Utilizzando il redshift e la fotometria, il telescopio spaziale James Webb sta svelando i segreti delle galassie primordiali, dimostrando la necessità di dati spettrali precisi per comprendere la storia dell’universo.
Identificazione delle galassie e misurazione del redshift fotometrico
Uno dei modi più efficienti per identificare le galassie è attraverso l’imaging, ad esempio con lo strumento NIRCam (Near-Infrared Camera) dell’osservatorio. Si scattano immagini utilizzando filtri multipli per raccogliere la luce dell’oggetto in diversi colori. Quando misuriamo la fotometria di una galassia, o quanto è luminosa in un’immagine, stiamo misurando la luminosità dell’oggetto media attraverso l’intera gamma di lunghezze d’onda trasmesse dal filtro.
Scoperte eccitanti e la necessità di conferma spettroscopica
Nel luglio 2022, i team hanno utilizzato immagini NIRCam dal CEERS Survey per identificare due galassie con redshift fotometrici superiori a 11 (quando l’universo aveva meno di 420 milioni di anni). Questi oggetti non erano stati rilevati dalle osservazioni del telescopio spaziale Hubble in questo campo perché sono troppo deboli o rilevabili solo a lunghezze d’onda al di fuori della sensibilità di Hubble. Queste sono state scoperte molto eccitanti con il nuovo telescopio!
Tuttavia, il redshift fotometrico di una galassia è in qualche modo incerto. Ad esempio, potremmo essere in grado di determinare che una rottura spettrale è presente in un filtro, ma non la lunghezza d’onda precisa della rottura. Mentre possiamo stimare un redshift migliore in base alla modellazione della fotometria, la distribuzione di probabilità risultante è spesso ampia. Inoltre, galassie a diversi redshift possono avere colori simili nei filtri a banda larga, rendendo difficile distinguere i loro redshift basandosi solo sulla fotometria.
Conferma dei candidati ad alto redshift e miglioramento dei modelli di galassie
Possiamo determinare un redshift più preciso per una galassia ottenendo uno spettro. Come illustrato nella figura seguente, il nostro calcolo della distribuzione di probabilità del redshift migliora man mano che misuriamo la fotometria di una galassia in passaggi di lunghezza d’onda sempre più fini. La distribuzione di probabilità si restringe man mano che passiamo dall’uso di filtri a banda larga per l’imaging a un numero maggiore di filtri più stretti, fino a uno spettro.
Nel febbraio 2023, i team del CEERS hanno seguito i loro candidati ad alto redshift con lo strumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) dell’osservatorio per misurare redshift spettroscopici precisi. Un candidato (Maisie’s Galaxy) è stato confermato essere a redshift 11.4 (quando l’universo aveva 390 milioni di anni), mentre il secondo candidato è stato scoperto essere effettivamente a un redshift inferiore di 4.9 (quando l’universo aveva 1,2 miliardi di anni).
Anche i casi in cui scopriamo che un candidato ad alto redshift è in realtà una galassia a redshift inferiore possono essere molto eccitanti. Ci permettono di saperne di più sulle condizioni nelle galassie e sul modo in cui queste condizioni influenzano la loro fotometria, per migliorare i nostri modelli di spettri di galassie e per vincolare l’evoluzione delle galassie a tutti i redshift. Tuttavia, evidenziano anche la necessità di ottenere spettri per confermare i candidati ad alto redshift.
L’autore
Micaela Bagley è una ricercatrice post-dottorato presso l’Università del Texas ad Austin e membro del CEERS. Studiano la formazione e l’evoluzione delle galassie nell’universo primordiale. Micaela è anche responsabile dell’elaborazione di tutte le immagini NIRCam per il team del CEERS.
