Archivi tag: redshift

La galassia più distante: ancora un record per l’osservatorio Keck

Grazie ad una serie di osservazioni realizzate con l’Osservatorio Keck situato nelle Hawaii, un gruppo di astrofisici ha osservato con successo la galassia più distante finora conosciuta grazie alla rivelazione della riga Lyman-alfa dell’idrogeno che pone l’oggetto ad un’epoca quando l’Universo aveva un’età inferiore a 600 milioni di anni. In più, il metodo attraverso il quale è stata rivelata la galassia, denominata con la sigla EGSY8p7, fornisce importanti indizi sui processi che hanno fatto “accendere” le prime stelle. I risultati sono descritti su Astrophysical Journal Letters. Continua a leggere La galassia più distante: ancora un record per l’osservatorio Keck

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Una survey galattica per studiare l’accelerazione cosmica

Sappiamo che l’Universo si espande ad un ritmo accelerato. Tuttavia, ciò che causa tale espansione accelerata rimane ancora un mistero. La spiegazione più plausibile è che esista una strana forma di energia, detta “energia scura“, che guida l’espansione cosmica. Oggi, un nuovo strumento astronomico, chiamato Physics of the Accelerating Universe Camera (PAUCam), cercherà delle risposte esplorando l’Universo con un metodo innovativo. La camera, che registrerà la posizione di circa 50.000 galassie, potrebbe far luce anche sulla natura della materia scura e quindi sull’evoluzione cosmica. Continua a leggere Una survey galattica per studiare l’accelerazione cosmica

Dai paradossi della cosmologia a nuove idee sull’Universo

Alcune semplici osservazioni del mondo che ci circonda sembrano contraddire le leggi della fisica. Risolvere questi paradossi potrebbe cambiare il modo con cui comprendiamo l’Universo.

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Hubble cattura la più piccola e la più debole tra tutte le ‘galassie primordiali’ finora osservate

Grazie ad una serie di osservazioni realizzate con il telescopio spaziale Hubble, gli astronomi hanno effettuato ciò che potrebbe essere considerata la misura più affidabile della distanza di un oggetto presente durante le fasi primordiali della storia cosmica.  Stiamo parlando di una galassia ‘infante’, una delle più deboli, più piccole e più lontane mai osservate le cui misure sono state rese possibili grazie al fenomeno della lente gravitazionale dovuta alla deformazione dello spaziotempo che viene creata da giganteschi gruppi o ammassi di galassie. I risultati di questo studio sono stati pubblicati sull’edizione online di Astrophysical Journal Letters.

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The Cosmic Distance Scale

Understanding the distance scale has always been central to astronomy, and its determination has been a multi-pronged pursuit. More than two decades ago the distance scale was uncertain by a factor of two, and the resolution of this conundrum had been a major driver for HST. Today a wealth of new cosmological measurements from both the local and the high redshift Universe are reaching a precision of a few percent, with further improvements on the horizon. Better knowledge of the distance scale has profound impacts in areas ranging from stellar astrophysics to the cosmological model. We believe that now is an excellent time to discuss what has been learned and what we can expect to learn in the near future.

More info: The Cosmic Distance Scale

Exploring the properties of the Universe by Doppler lensing

Sappiamo che l’Universo contiene centinaia di miliardi di galassie, basti guardare le spettacolari immagini che ci ha fornito il telescopio spaziale Hubble. Ce ne sono tante di diverse forme e dimensioni, ma quali sono in definitiva quelle più grandi? E poi, quali sono quelle più vicine alla nostra galassia che sembrano apparentemente più grandi delle altre? Naturalmente, non è possibile rispondere a queste domande analizzando semplicemente le immagini astronomiche poichè, di fatto, è necessario conoscere le distanze a cui si trovano le galassie in modo tale da ricavare una stima delle loro dimensioni reali.

Astronomers have their ways to measure a distance to a galaxy which allows them to solve this conundrum. One of the most popular methods, and in most cases, the only method that can be used to measure a distance to a remote galaxy, is to analyse its electromagnetic spectrum which includes the visible light that enables us to see it. Since the Universe is expanding, all distant galaxies are moving away from us. Because of this motion the spectrum of a galaxy is shifting towards its red part, the redshift as it is known to astronomers. The redshift phenomenon is a manifestation of the Doppler effect, the faster the motion, the larger the shift of the frequency. Therefore, the larger the redshift, the greater the distance to the observed galaxy. The exact relation between the redshift and distance follows from the cosmological model of the Universe. So if astronomers can measure a distance in some other way, then by comparing the observed distance and redshift with a prediction, they can measure the properties of our Universe such as for example the amount of dark matter and dark energy. There is, however, one problem here.

If a galaxy is moving on the top of the global expansion of the Universe, then this motion, via the Doppler effect, contributes to the observed redshift. And galaxies move all the time, just as molecules of the air, or bees within a swarm. The contribution from this local motion is not big if compared to a motion that follows from the expansion of the Universe. Still this additional redshift introduces noise to our measurements. This noise then distorts our estimation of the distance, and therefore our estimation of the real size of the observed galaxy. This is what is called the Doppler lensing, “Doppler” because of the Doppler effect involved, and “lensing” because this effect distorts the inferred size, just as the observed size of an object is distorted when observed through an optical lens. How then can we tell what is the real size of a galaxy? If all galaxies are moving and if their motion distorts our measurements then that sounds like a real mess. However, this “mess” or to be precise the amount of “messiness” can give us a very good insight into what our Universe is made of. Astronomers are now in a situation similar to radar operators who during World War II complained about “noise” in returned echoes due to rain, snow, and sleet. Back then it was a nuisance, now we actually look for this “noise” in order to predict weather. Similarly, if astronomers could measure apparent sizes of a very large number of galaxies, and correlations between them, then they could estimate an average amplitude of the “noise”. Using the technique based on the Doppler lensing effect, they can measure properties of our Universe and estimate how much dark matter and dark energy it contains.

With large galaxy surveys such as Dark Energy Survey (DES) and the contribution from the Australian OzDES we will be able to measure this effect. Further, much larger surveys will follow after completion of the Square Kilometre Array (SKA) telescope, currently being built partly in Western Australia and partly in South Africa, and utilise the Doppler lensing effect to get a better insight into properties and mysteries of our Universe. The calculations and the method itself were recently developed by a group of astronomers from Australia, South Africa, and United Kingdom. The method shows how by measuring correlations in the distortion of sizes of galaxies we can learn about the properties of our Universe (such as amount of dark matter and dark energy). This method and predictions that follow from this method will be presented today at the 8th Workshop of the Australian National Institute for Theoretical Astrophysics (ANITA) hosted by the Sydney Institute for Astronomy (SIfA) at the University of Sydney.

The Conversation: The measure of the universe through doppler lensing

arXiv: Cosmology with Doppler Lensing

Is the Universe really expanding?

Un cosmologo dell’Università di Heidelberg, Christof Wetterich, ritiene che il modello relativo all’espansione dell’Universo, ossia il modello cosmologico standard, potrebbe essere errato. Egli suggerisce che il redshift, cioè lo spostamento verso il rosso misurato dagli astronomi, sarebbe dovuto ad un incremento della massa presente nell’Universo.

For nearly a century, the consensus among astrophysicists has been that the Universe started with a Big Bang and has been expanding ever since. This hypothesis formed because researchers found that in analyzing the light emitted from stars, a redshift occurred, where its frequency changes as an object that emits light moves away from us.

But Wetterich says the redshift might me due to something else, an increase in the total mass in the universe.

Wetterich’s idea is that light emitted from an atom is governed by the mass of its particles, if that atom were to become larger in mass, the light that it emits would change in frequency as its electrons became more energetic. More energy would appear as light moving toward the blue spectrum, while less energy (an atom losing mass), would move toward the red spectrum. Thus, Wetterich reasons, if the mass of observable objects were once less, we would now see them with a redshift as they expand.

If his line of reasoning is true, Wetterich says it’s possible that the Universe is actually contracting.

Wetterich’s paper hasn’t been peer reviewed yet, but thus far, comments by others in the field suggest openness to this new line of thinking. That might be because one exciting prospect of this new theory is that it would do away with the idea of a singularity existing just before the Big Bang, a point at which conventional physics breaks down. Instead it might suggest that the Universe is simply in a constant state of flux with no real beginning and no real end. Unfortunately, Wetterich’s theory can’t be tested because of the relative nature of mass. Everything we are able to see has a mass that is relative in size to everything else. Thus if it’s all growing, we wouldn’t have anything to measure it against to see that it’s happening.

Nature: Cosmologist claims Universe may not be expanding
arXiv: A Universe without expansion

I quasar per lo studio dell’energia scura

Il progetto BOSS, che sta per Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, copre un enorme volume di spazio ed è stato concepito per misurare gli effetti dell’energia scura sull’evoluzione dell’Universo. Si tratta del più grande programma scientifico della terza survey denominata Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III) che ha appena annunciato il primo risultato importante relativo ad una nuova tecnica di mappatura che si basa sull’analisi degli spettri di più di 48.000 quasar i più distanti dei quali si trovano a circa 11,5 miliardi di anni-luce.

Nessuna tecnica per lo studio dell’energia scura ha permesso di esplorare questa epoca così antica risalente alle fasi primordiali della storia cosmica durante le quali la materia era ancora abbastanza densa  da rallentare l’espansione dell’Universo, mentre invece l’influenza dell’energia scura non si era ancora fatta sentire“, spiega David Schlegel investigatore principale del programma BOSS. “Oggi, l’espansione dello spazio sta accelerando perché l’Universo è dominato dall’energia scura. Il modo con cui l’Universo è passato dalla fase di decelerazione a quella di accelerazione rimane ancora uno dei misteri della moderna cosmologia” (vedasi Enigmi Astrofisci). BOSS permette di studiare gli effetti dovuti all’energia scura andando ad analizzare le oscillazioni acustiche dovute alla materia barionica (Barionic Acoustic Oscillations, BAO), la grande rete cosmica che mostra le variazioni della distribuzione delle galassie visibili e delle nubi di gas intergalattico, difficili da osservare, che sono altrettanto importanti per la studio della materia scura. Le spaziature regolari dei picchi della densità di materia hanno origine dalle variazioni di densità primordiali, i cui resti sono visibili oggi nella radiazione cosmica di fondo. Queste spaziature offrono una sorta di ‘righello cosmico’ per calibrare il tasso di espansione dell’Universo laddove le oscillazioni acustiche di origine barionica possono essere misurate. Utilizzando il telescopio della Sloan Foundation presso l’osservatorio astronomico di Apache Point nel New Mexico, BOSS ha iniziato una duplice campagna di osservazioni spettroscopiche per studiare le oscillazioni acustiche barioniche. La prima priorità è stata quella di esaminare le galassie normali luminose che hanno redshift fino a 0,8, equivalente ad una distanza di circa sette miliardi di anni-luce, i cui primi risultati del campione che comprendeva oltre 300.000 galassie sono stati annunciati nel marzo 2012. Ma per studiare il contributo delle oscillazioni acustiche barioniche dovuto alle galassie che hanno redshift abbastanza elevati non è sufficiente un telescopio di 2,5 metri. Dunque, il secondo obiettivo di BOSS sono stati i quasar. “I quasar sono gli oggetti più luminosi del cielo, e quindi rappresentano l’unico modo credibile per misurare spettri fino a redshift 2.0 e oltre“, dice Schlegel. “A questi redshift così elevati ci sono almeno cento volte più galassie rispetto ai quasar, ma sono troppo deboli per studiare le oscillazioni acustiche barioniche“.

Tuttavia, i quasar sono troppo scarsi per misurare direttamente le oscillazioni acustiche, ma c’è un altro modo per rivelarli a redshift elevati. Dato che la radiazione emessa da un quasar passa attraverso le nubi di gas intergalattico nel suo percorso prima di raggiungere i nostri strumenti, il suo spettro presenterà un gran numero di righe di assorbimento dell’idrogeno, note come Lyman-alfa forest. Idealmente, ogni riga di assorbimento nello spettro di un singolo quasar ci dà delle indicazioni sulla variazione della densità del gas che interviene lungo la linea di vista. Considerando un certo numero abbastanza elevato di quasar, che coprono allo stesso tempo una ampia zona di cielo, è possibile mappare in 3D la distribuzione delle nubi di gas. Questa idea è stata avanzata agli inizi degli anni 2000 da Patrick McDonald, all’epoca presso l’Istituto Canadese di Astrofisica Teorica, e da Martin White, entrambi ora alla Physics Division dei Laboratori Berkeley. “Quando ho presentato l’idea a una conferenza di cosmologia, nel 2003, hanno pensato che fossi pazzo“, dice White, che è anche un professore di fisica e astronomia presso la University of California a Berkeley e presidente dei progetti di survey che utilizzano BOSS. “Nove anni più tardi, BOSS ha dimostrato che si tratta di una tecnica incredibilmente potente. Infatti è andato al di là dei nostri sogni più folli“. Il primo risultato della Lyman-alpha forest, cioè la prima mappa delle oscillazioni acustiche barioniche in questa fase primordiale dell’evoluzione dell’Universo, si basa solo su un terzo del volume di spazio che sarà esplorato da BOSS e comprende 60.369 quasar già confermati dall’analisi degli spettri. Per semplificare la ricerca delle oscillazioni acustiche, molti di questi oggetti sono stati scartati a causa di una serie di contaminazioni che alterano il segnale che si vuole cercare perciò alla fine sono stati considerati solo 48.129 quasar. Già nel 2011, un team guidato da Anže Slosar del Brookhaven National Laboratory aveva dimostrato la fattibilità dell’esperimento per misurare la variazione di densità del gas idrogeno intergalattico su distanze cosmologiche utilizzando solo un campione di 14.000, un dato sufficiente per stabilire una prova concreta al livello teorico. Una volta eseguita l’elaborazione dei dati e avere generato falsi spettri, le analisi della Lyman-alfa forest di oltre 48.000 quasar hanno dato risultati simili. Dunque, applicando questi dati numerici agli spettri veri dei quasar è stato possibile ottenere un quadro della distribuzione di densità del gas che ci permette di avere un prima idea sull’andamento delle oscillazioni acustiche in questa regione dello spazio precedentemente inesplorata. “Stiamo osservando indietro nel tempo quando l’espansione dell’Universo era dominata dalla decelerazione dovuta alla materia scura e l’energia scura era difficile da rivelare. Il passaggio dalla decelerazione all’espansione è stato molto netto e ora viviamo in una epoca dominata dall’energia scura. Una delle grandi domande aperte in cosmologia è: perché adesso? ” E’ una domanda a cui BOSS cercherà di rispondere man mano che raccoglierà la luce di più di un milione e mezzo di galassie e più di 160.000 quasar prima che la survey SDSS-III sarà completata. Nel frattempo, possiamo affermare che la tecnica di analisi della foresta Lyman-alfa ha aperto una nuova visione dell’Universo primordiale che in futuro potrà essere completata con indagini più potenti come quella già proposta e denominata BigBOSS.

[Press release: BOSS Quasars Unveil a New Era in the Expansion History of the Universe]

arXiv: Baryon Acoustic Oscillations in the Ly-α forest of BOSS quasars

Supernovae distanti super luminose

Gli astronomi hanno rivelato due esplosioni stellari estremamente luminose, almeno 10-100 volte più luminose rispetto alle supernovae già note, appartenenti all’Universo distante.

La scoperta, guidata dall’astrofisico Jeffrey Cooke della Swinburne University of Technology, è stata riportata sulla prestigiosa rivista Nature e riguarda le supernovae più distanti finora osservate. “La luce di queste supernovae contiene informazioni di vitale importanza sull’Universo primordiale, all’epoca in cui si stavano formando le prime stelle subito dopo il Big Bang” spiega Cooke. Queste particolari supernovae super brillanti sono state scoperte solo qualche anno fa e sono estremamente rare nell’Universo locale. L’origine di questi oggetti non è ancora stata chiarita anche se si ritiene che esse si formano quando stelle super massicce, cioè 150-250 volte più massicce del Sole, subiscono una esplosione nucleare in seguito alla trasformazione dei fotoni in coppie elettroni-positroni, un processo completamente differente rispetto a quanto avviene nelle altre classi di supernovae. Dunque, dato che l’Universo primordiale era popolato da stelle di grande massa ci aspettiamo che tali eventi siano più comuni rispetto all’Universo locale. Grazie ad una serie di osservazioni condotte con l’osservatorio Keck nelle Hawaii, i ricercatori hanno esplorato le regioni più remote dell’Universo, la cui luce ha viaggiato per oltre 10 miliardi di anni, e hanno trovato due supernovae super luminose che hanno redshift rispettivamente di 2,05 e 3,90, superando così il precedente record appartenente ad una supernova ‘normale’ che è di 2,36. Questa scoperta suggerisce che la rivelazione della prima generazione di stelle non è poi così lontana come sembra. “Rivelare la prima generazione di stelle rappresenta una sorta di Santo Graal per l’astronomia. La distanza a cui stiamo osservando queste supernovae cade proprio in quelle regioni dello spazio remoto dove ci aspettiamo di trovare le prime stelle” dice Cook. Insomma, questi risultati forniscono un nuovo metodo per studiare gli stadi evolutivi finali della prima generazione di stelle e allo stesso tempo ci forniscono nuovi indizi sui processi di formazione degli elementi chimici prodotti nelle stelle che hanno arricchito successivamente il mezzo interstellare sin dalle epoche primordiali della storia cosmica.

Maggiori info: Jeff Cook media centre

[Press release: Distant super-luminous supernovae found]

AIP Conference Proceedings: Pair-instability and super-luminous supernova discoveries at z = 2.05, z = 2.50, and z = 3.90

Origins of the Expanding Universe: 1912-1932

On September 17, 1912, Vesto Slipher obtained the first radial velocity of a “spiral nebula” – the Andromeda Galaxy. Using the 24-inch telescope at Lowell Observatory, he followed up with more Doppler shifts, and wrote a series of papers establishing that large velocities, usually in recession, are a general property of the spiral nebulae. Those early redshifts were recognized as remarkable by Slipher, and were critical to the discovery of what came eventually to be called the expanding Universe. Surprisingly, Slipher’s role in the story remains almost unknown to much of the astronomical community. Continua a leggere Origins of the Expanding Universe: 1912-1932