La ricerca sull’evoluzione dell’Universo primordiale è un aspetto importante dell’astronomia moderna. Resta ancora molto da capire riguardo al periodo della storia primordiale dell’Universo conosciuto come l’era della reionizzazione. Fu un periodo di oscurità senza stelle o galassie, pieno di una fitta nebbia di idrogeno gassoso, finché le prime stelle ionizzarono il gas attorno a loro e la luce cominciò a viaggiarvi attraverso. Gli astronomi hanno trascorso decenni cercando di identificare le fonti che emettevano radiazioni abbastanza potenti da eliminare gradualmente la nebbia di idrogeno che ricopriva l’Universo primordiale.
Il programma Ultradeep NIRSpec and NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization (UNCOVER) consiste in osservazioni sia di imaging che spettroscopiche dell’ammasso Abell 2744. Un team internazionale di astronomi ha utilizzato la lente gravitazionale su questo obiettivo, noto anche come Ammasso di Pandora, per indagare le origini del periodo di reionizzazione dell’Universo. La lente gravitazionale ingrandisce e distorce l’aspetto delle galassie distanti, quindi appaiono molto diverse da quelle in primo piano. La “lente” dell’ammasso di galassie è così massiccia da deformare il tessuto dello spazio stesso, al punto che anche la luce proveniente da galassie lontane che attraversa lo spazio deformato assume un aspetto deformato. L’effetto di ingrandimento ha permesso al team di studiare fonti di luce molto distanti oltre Abell 2744, rivelando otto galassie estremamente deboli che altrimenti non sarebbero rilevabili, nemmeno per Webb.
Il ruolo delle galassie ultra-deboli nell’evoluzione dell’Universo primordiale
Il team ha scoperto che queste deboli galassie sono immense produttrici di radiazioni ionizzanti, a livelli quattro volte più grandi di quanto precedentemente ipotizzato. Ciò significa che la maggior parte dei fotoni che hanno reionizzato l’Universo probabilmente provenivano da queste galassie nane.
“Questa scoperta svela il ruolo cruciale svolto dalle galassie ultra-deboli nell’evoluzione dell’Universo primordiale”, ha affermato il membro del team Iryna Chemerynska dell’Institut d’Astrophysique de Paris, in Francia. “Producono fotoni ionizzanti che trasformano l’idrogeno neutro in plasma ionizzato durante la reionizzazione cosmica. Ciò evidenzia l’importanza di comprendere le galassie di piccola massa nel plasmare la storia dell’Universo”.
Queste galassie deboli “emettono collettivamente energia più che sufficiente per portare a termine il lavoro”, ha aggiunto il leader del team Hakim Atek, Institut d’Astrophisique de Paris, CNRS, Sorbona Université (Francia), e autore principale dello studio che descrive questi risultati. “Nonostante le loro piccole dimensioni, queste galassie di piccola massa sono produttrici prolifiche di radiazione energetica, e la loro abbondanza durante questo periodo è così sostanziale che la loro influenza collettiva può trasformare l’intero stato dell’Universo”.
Lo studio
Per arrivare a questa conclusione, il team ha prima combinato i dati di imaging ultra-profondo di Webb con immagini ausiliarie di Abell 2744 ottenute dal telescopio spaziale Hubble di NASA/ESA, al fine di selezionare candidate galassie estremamente deboli nell’era della reionizzazione. Ciò è stato seguito dalla spettroscopia con il Near-InfraRed Spectrograph (NIRSpec) di Webb. Il Multi-Shutter Assembly dello strumento è stato utilizzato per ottenere la spettroscopia multi-oggetto di queste deboli galassie.
Questa è la prima volta che gli scienziati misurano in modo approfondito la densità numerica di queste deboli galassie e hanno confermato con successo che si tratta della popolazione più abbondante durante l’era della reionizzazione. Ciò segna anche la prima volta che viene misurato il potere ionizzante di queste galassie, consentendo agli astronomi di determinare che stanno producendo radiazioni energetiche sufficienti per ionizzare l’Universo primordiale.
“L’incredibile sensibilità di NIRSpec combinata con l’amplificazione gravitazionale fornita da Abell 2744 ci ha permesso di identificare e studiare in dettaglio queste galassie risalenti al primo miliardo di anni dell’Universo, nonostante siano oltre 100 volte più deboli della nostra Via Lattea”, ha affermato Atek.
Ulteriori osservazioni
In un prossimo programma di osservazione di Webb, chiamato GLIMPSE, gli scienziati otterranno le osservazioni più profonde mai effettuate sul cielo. Prendendo di mira un altro ammasso di galassie, denominato Abell S1063, verranno identificate galassie anche più deboli durante l’era della reionizzazione per verificare se questa popolazione è rappresentativa della distribuzione su larga scala delle galassie. Poiché questi nuovi risultati si basano su osservazioni ottenute in un campo, il team osserva che le proprietà ionizzanti delle galassie deboli possono apparire in modo diverso se risiedono in regioni eccessivamente dense.
Ulteriori osservazioni in un campo indipendente forniranno quindi ulteriori informazioni per contribuire a verificare queste conclusioni. Le osservazioni di GLIMPSE aiuteranno gli astronomi anche a sondare il periodo noto come Alba Cosmica, quando l’Universo aveva solo pochi milioni di anni, per sviluppare la nostra comprensione dell’emergere delle prime galassie.
Questi risultati sono stati pubblicati oggi sulla rivista Nature.
