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Planck ‘ringiovanisce’ le stelle dell’Universo

I nuovi dati del consorzio Planck svelano una sorpresa: il processo di formazione delle stelle nell’Universo potrebbe essere più recente rispetto a quanto indicato precedentemente nell’analisi dei dati del satellite della NASA WMAP, predecessore di Planck. L’osservazione è stata possibile grazie alla nuove mappe dello strumento a bassa frequenza a bordo di Planck (LFI), che sono state prodotte dal Data Processing Centre di Trieste gestito da INAF-OATS in collaborazione con la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) e il Consorzio LFI. Continua a leggere Planck ‘ringiovanisce’ le stelle dell’Universo

Hubble si spinge verso l’eXtremità dell’Universo

L’immagine ultra profonda realizzata dal telescopio spaziale Hubble e denominata Hubble Ultra Deep Field copre una piccolissima area di cielo nella direzione della costellazione della Fornace. Dopo aver elaborato i dati raccolti tra il 2003 e il 2004, gli astronomi hanno potuto ammirare migliaia di galassie, sia vicine che distanti, ottenendo così l’immagine più profonda dell’Universo. Ma la recente immagine denominata Hubble eXtreme Deep Field (XDF) è ancora più profonda e contiene circa 5500 galassie nonostante il suo piccolissimo campo di vista. In questa immagine si possono osservare galassie a spirale e galassie enormi e particolarmente rosse che sono il risultato di drammatiche collisioni con altre galassie e dove i processi di formazione stellare si sono arrestati. Inoltre, si possono notare galassie più piccole e più deboli che rappresentano quei siti cosmici da dove si sono successivamente sviluppate le galassie che osserviamo oggi. Insomma, in questa immagine è rappresentata la storia cosmica delle galassie da quelle primordiali a quelle che osserviamo nell’Universo attuale. “La XDF è l’immagine più profonda del cielo mai realizzata dove possiamo osservare le galassie più deboli e più distanti” dichiara Garth Illingworth della University of California a Santa Cruz e investigatore principale del programma Hubble Ultra Deep Field 2009 (HUDF09). “Si ritiene che la galassia più giovane che siamo in grado di osservare nell’immagine XDF esisteva già quando l’Universo aveva una età di circa 450 milioni di anni”. Prima che venisse lanciato il telescopio spaziale Hubble nel 1990, gli astronomi potevano rivelare la luce di galassie distanti circa 7 miliardi di anni-luce, perciò non era possibile ricostruire la storia dell’evoluzione cosmica delle galassie. Hubble, invece, aprì una nuova finestra sull’Universo e permise agli astronomi di avere tutte quelle informazioni fondamentali sulle galassie primordiali fornendo per la prima volta una chiara evidenza osservativa sul fatto che l’Universo sta veramente cambiando man mano che evolve nel tempo. Fra qualche anno, il successore di Hubble farà ancora meglio. Uno degli obiettivi scientifici della missione del telescopio spaziale James Webb sarà quello di esplorare l’Universo nella banda infrarossa dello spettro elettromagnetico andando sempre più indietro nel tempo al fine di rivelare le prime stelle e le prime galassie la cui radiazione riempì di luce lo spazio subito dopo l’età scura dell’Universo.

[Press release: Hubble Goes to the eXtreme to Assemble Farthest Ever View of the Universe]

Una galassia super distante appartenente all’età scura dell’Universo

Grazie ad una serie di osservazioni realizzate con i telescopi spaziali Spitzer e Hubble, che hanno analizzato l’effetto della lente gravitazionale di galassie distanti, un gruppo di astronomi guidati da Wei Zheng della Johns Hopkins University hanno catturato la luce di quella che potrebbe essere considerata, al momento, la galassia più distante mai osservata.

Si tratta di un oggetto formatosi appena 500 milioni di anni dopo il Big Bang appartenente all’epoca in cui l’Universo si trovava nella fase della cosiddetta età scura. Durante questa misteriosa epoca primordiale, l’Universo passò da una fase di oscurità ad una in cui apparve la luce di tutte le galassie che vediamo oggi. La scoperta di questa debolissima galassia apre una nuova finestra sulle epoche più remote della storia cosmica. “Si tratta dell’oggetto più distante di cui abbiamo un elevato grado di certezza” dichiara Zheng. “Adesso si tratterà di capire se esistono altri oggetti che ci permettano di avere maggiori indizi su come si è conclusa l’età buia e quindi sull’Universo delle origini”. A differenza di altri oggetti estremamente distanti che sono stati rivelati in una singola banda dello spettro elettromagnetico, questa galassia è stata osservata su cinque diverse lunghezze d’onda, quattro dovute al programma Cluster Lensing and Supernova Survey with Hubble (CLASH) (vedasi questo post) e una alla Infrared Array Camera (IRAC) del telescopio Spitzer. Gli astronomi ritengono che la galassia abbia una età ancora inferiore, circa 200 milioni di anni, e contenga una massa pari all’1% di quella associata alla Via Lattea. Secondo gli attuali modelli sull’evoluzione delle galassie, gli scienziati ritengono che le prime galassie abbiano dimensioni molto piccole e con il passare del tempo interagiscono con altre galassie per formare oggetti più grandi come quelli che vediamo oggi. Queste galassie primordiali hanno contribuito a ionizzare nuovamente lo spazio, l’evento che segna la fine dell’età scura. Circa 400 mila anni dopo il Big Bang, inizia a formarsi l’idrogeno ma le prime stelle nelle rispettive galassie non si formeranno se non dopo qualche centinaia di milioni di anni. Successivamente, sarebbe stata proprio l’energia emessa da queste galassie a ionizzare l’idrogeno e a lasciarlo in questo stato sin da quell’epoca. Ora gli astronomi stanno programmando ulteriori osservazioni per studiare ancora più in dettaglio la cosiddetta epoca di reionizzazione soprattutto con i dati che saranno ottenuti dal telescopio spaziale James Webb (JWST) il cui lancio è previsto nel 2018. Questa galassia sarà perciò uno degli obiettivi principali della missione del JWST.

Dalle onde radio nuovi indizi sulla ‘prima luce’ dell’Universo

All’inizio non c’era alcuna luce, e poi fu il Big Bang! Già, di fatto il Big Bang creò il nostro Universo 13,7 miliardi di anni fa, ma subito dopo lo spazio fu dominato dall’oscurità. Dalle osservazioni della radiazione cosmica di fondo, gli astronomi hanno ipotizzato che alcune centinaia di milioni di anni dopo la nascita dell’Universo, la gravità assemblò gli atomi diidrogeno e di elio per formare le prime nubi di gas. L’energia liberatasi durante questo processo surriscaldò alla fine le nubi mettendo in moto una catena di eventi che portarono alla nascita delle prime stelle. Nonostante la transizione tra la cosiddetta “età scura” e la nascita delle prime stelle e delle prime galassie potrebbe spiegare l’origine e l’evoluzione di molti corpi celesti, tuttavia gli astronomi conoscono ancora molto poco circa questa fase dell’evoluzione cosmica.

Di recente, due astronomi hanno condotto un esperimento per cercare di capire qualcosa di più circa questo periodo di transizione, noto come epoca della reionizzazione (Epoch Of Reionization, EOR). Ora, dato che è impossibile identificare la radiazione associata alle galassie primordiali, Alan Rogers del MIT Haystack Observatory e Judd Bowmann dell’Arizona State University si sono concentrati sulla ricerca delle onde radio che sono state emesse dall’idrogeno primordiale all’epoca presente nelle nasciture galassie. Alcune onde radio stanno, di fatto, raggiungendoci oggi e perciò esse potrebbero trasportare qualche informazione relativa al periodo dell’EOR. Appena le prime stelle cominciarono a formarsi durante l’epoca EOR, la loro radiazione ultravioletta eccitò gli atomi d’idrogeno più vicini, liberando gli elettroni e dando loro una carica positiva. Questo processo, noto comeionizzazione, è importante in cosmologia dato che segna un momento fondamentale nel periodo di transizione tra l’Universo primordiale, che conteneva solo idrogeno ed elio, e l’Universo di oggi dove osserviamo pianeti, stelle e galassie. Determinare esattamente quando, e per quanto tempo, questo processo di ionizzazione sia avvenuto costituisce un passo importante per confermare o modificare gli attuali modelli sull’evoluzione dell’Universo. I dati delle analisi indicano che ci sono voluti almeno 5 milioni di anni prima che l’idrogeno diventasse un gas ionizzato. E’ una grande coincidenza il fatto che la nascita delle prime stelle e delle prime galassie abbia richiesto la stessa quantità di tempo, o forse più, per diventare successivamente i corpi celesti che vediamo oggi come stelle e galassie.

I supercomputer ricostruiscono la struttura dell’Universo

Sebbene siano state fatte tante scoperte che riguardano la storia dell’Universo negli ultimi 13,7 miliardi di anni tuttavia molti misteri rimangono ancora senza risposte. Ad esempio, non sappiamo cosa è successo esattamente durante il Big Bang o quali sono stati i processi fisiciche hanno portato alla formazione delle strutture che vediamo oggi come stelle, galassie o ammassi di galassie. Oggi però gli astronomi hanno a disposizione i cosiddetti supercomputer mediante i quali è possibile costruire modelli sofisticati che sono in grado di simulare la nascita e l’evoluzione dell’Universo.

Simulazioni al computer del processo di re-ionizzazione cosmica (a sinistra) e della formazione di un ammasso di galassie (a destra).
Credit: LCA.

Daniel Reynolds, professore di matematica al Southern Methodist University, ha collaborato con gli astrofisici dell’Università della California, a San Diego, per elaborare un modello relativo alla fase di reionizzazione cosmica nell’epoca che va dai 380.000 a 400.000 anni dopo il Big Bang. Si tratta di un modello matematico che ricostruisce gli eventi della cosiddetta “età scura” quando cioè si formarono le prime stelle e apparì la prima luce. “Il modello matematico riproduce una serie di processi fisici che furono presenti durante la fase cosmica della re-ionizzazione, come il moto del gas, il trasporto della radiazione, la cinematica degli elementi chimici, la formazione stellare“, dice Reynolds. “Inoltre dobbiamo sottolineare che le simulazioni sono estremamente accurate e numericamente stabili“.

Di solito le simulazioni consistono di un insieme complesso di equazioni matematiche che cercano di rappresentare i processi fisici. Solo i supercomputer possono risolvere simultaneamente le equazioni. L’intuizione scientifica e la creatività entrano in gioco sviluppando il modello base, applicando alle equazioni i parametri più adatti, mentre le variabili possono essere modificate di volta in volta per descrivere scenari diversi. L’obiettivo, dunque, è quello di ottenere un modello i cui risultati siano molto vicini alle osservazioni e ci permettano di fare delle previsioni che siano possibilmente vicini alla realtà. Se questo succede allora potremo dire di aver descritto quei processi fisici che sono esistiti durante la fasi iniziali della storia dell’Universo.