Ecco l’ossigeno più antico dell’universo

Questa immagine, ottenuta con il telescopio spaziale Hubble, mostra l’ammasso di galassie Macs J1149.5+2223; l’inserto invece mostra Macs1149-Jd1, una galassia molto lontana, osservata con Alma come appariva 13,3 miliardi di anni fa. La distribuzione dell’ossigeno rilevata da Alma è mostrata in rosso. Crediti: Alma (Eso/Naoj/Nrao), Nasa/Esa Hubble Space Telescope, W. Zheng (Jhu), M. Postman (Stsci), the Clasch Team, Hashimoto et al.

Osservando con Alma una galassia distante, Macs1149-Jd1, un team internazionale di astronomi ha rivelato un debole chiarore emesso dall’ossigeno ionizzato nella galassia. Mentre questa luce infrarossa viaggiava nello spazio, l’espansione dell’universo ne allungava più di dieci volte la lunghezza d’onda, fino a quando è giunta sulla Terra ed è stata rivelata da Alma. Gli astronomi hanno dedotto che il segnale è stato emesso 13,3 miliardi di anni fa (vale a dire, 500 milioni anni dopo il big bang), il che ne fa l’ossigeno più distante mai osservato da un telescopio. La presenza di ossigeno è un chiaro segno che devono essere esistite nella galassia generazioni precedenti di stelle.

«Ero entusiasta nel vedere il segnale dell’ossigeno di questa galassia lontana nei dati di Alma», racconta Takuya Hashimoto, il primo autore del nuovo articolo, ricercatore alla Sangyo University di Osaka e all’Osservatorio astronomico nazionale del Giappone. «Questa scoperta spinge ancora più indietro le frontiere dell’Universo osservabile».

Oltre al bagliore dell’ossigeno catturato da Alma, un segnale più debole, dovuto all’emissione di idrogeno, è stato rivelato dal Vlt (Very Large Telescope) dell’Eso. La distanza della galassia, determinata per mezzo di questa osservazione, è compatibile con la distanza ottenuta dall’osservazione dell’ossigeno. Ciò rende Macs1149-Jd1 la galassia più lontana con una misura precisa di distanza, nonché la galassia più distante mai osservata con Alma o con il Vlt.

«Vediamo questa galassia in un’epoca in cui l’universo aveva appena 500 milioni di anni, eppure ha una popolazione di stelle già sviluppate», spiega Nicolas Laporte, ricercatore allo University College di Londra (Ucl), nel Regno Unito, e secondo autore dell’articolo. «Siamo in grado di usare questa galassia per avventurarci in un’epoca precedente, ancora inesplorata, della storia cosmica».

«Per un periodo dopo il big bang non c’era ossigeno nell’universo: è stato creato dal processo di fusione in atto nelle prime stelle e quindi rilasciato quando le stelle sono morte. La detezione di ossigeno in Macs1149-Jd1 indica che queste prime generazioni di stelle si erano già formate e avevano espulso ossigeno dopo soli 500 milioni di anni dall’inizio dell’universo».

Ma quando è avvenuta la formazione di queste prime stelle? Per scoprirlo, l’equipe ha ricostruito la storia più antica di Macs1149-Jd1 usando i dati infrarossi ottenuti con il telescopio spaziale Hubble (Nasa/Esa) e il telescopio spaziale Spitzer (Nasa). Hanno trovato che la luminosità osservata della galassia si spiega perfettamente con un modello in cui l’inizio della formazione stellare corrisponde a soli 250 milioni di anni dopo l’inizio dell’universo.

La maturità delle stelle viste in Macs1149-Jd1 solleva la questione di quando le prime galassie siano emerse dall’oscurità totale, un’epoca che gli astronomi chiamano, romanticamente, “alba cosmica”. Stabilendo l’età di Macs1149-Jd1, l’equipe ha di fatto dimostrato che esistevano già galassie prima di quelle che possiamo osservare direttamente.

«Determinare l’inizio dell’alba cosmica», concludeRichard Ellis, astronomo senior a Ucl e coautore dell’articolo, «è un Sacro Graal della cosmologia e della formazione delle galassie. Con queste nuove osservazioni di Macs1149-Jd1 stiamo avvicinandoci all’osservazione diretta della nascita della luce stellare. Poiché siamo tutti fatti di materia prodotta dalle stelle, questo significa trovare veramente le nostre origini».

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