Finalmente sappiamo cosa ha acceso le luci agli albori della storia: ScienceAlert

Finalmente sappiamo cosa ha portato la luce nel vuoto oscuro e informe dell’universo primordiale.

Secondo i dati dei telescopi spaziali Hubble e James Webb, l’origine dei fotoni in volo libero all’alba dell’universo primordiale erano piccole galassie nane in cui la vita si accese, eliminando la torbida nebbia di idrogeno che riempiva lo spazio intergalattico. Nuova carta La ricerca è stata pubblicata a febbraio.

“Questa scoperta rivela il ruolo cruciale che le galassie ultra-deboli hanno svolto nell’evoluzione dell’universo primordiale”. Lo ha detto l’astrofisica Irina Chemerinska Dall’Istituto di Astrofisica di Parigi.

“Producono fotoni ionizzanti che convertono 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.”

All’inizio dell’universo, pochi minuti dopo il Big Bang, lo spazio era pieno di una fitta nebbia di plasma ionizzato. La poca luce che c’era riusciva a penetrare quella nebbia; Piuttosto, i fotoni sarebbero stati semplicemente dispersi dagli elettroni liberi che fluttuavano intorno, rendendo di fatto l’universo oscuro.

Quando l’universo si raffreddò, dopo circa 300.000 anni, protoni ed elettroni cominciarono a riunirsi per formare idrogeno neutro (e un po’ di elio). La maggior parte delle lunghezze d’onda della luce erano in grado di penetrare questo mezzo neutro, ma c’erano poche fonti di luce in grado di produrlo. Ma da questo idrogeno ed elio nacquero le prime stelle.

Queste prime stelle emettevano radiazioni abbastanza potenti da strappare gli elettroni dai loro nuclei e reionizzare il gas. Ma a questo punto l’universo si era espanso così tanto che il gas si era disperso e non poteva più impedire alla luce di brillare. Circa un miliardo di anni dopo il Big Bang, la fine del periodo conosciuto come l’alba cosmica, l’universo fu completamente reionizzato. Tada! Le luci si accesero.

Ma poiché c’è così tanta confusione nell’alba cosmica, e poiché è così debole e distante nel tempo e nello spazio, abbiamo avuto difficoltà a vedere cosa c’è là fuori. Gli scienziati pensavano che le fonti responsabili di gran parte di questa foschia dovessero essere potenti: enormi buchi neri la cui accrescimento produce luce brillante, per esempio, e enormi galassie nel bel mezzo della formazione stellare (le piccole stelle producono molta radiazione ultravioletta).

Il telescopio James Webb è stato progettato in parte per osservare l’alba dell’universo e cercare di capire cosa si nasconde lì. È stato un enorme successo, rivelando ogni sorta di sorprese su questo momento cruciale nella formazione del nostro universo. Sorprendentemente, le osservazioni al telescopio ora indicano che le galassie nane sono le principali protagoniste della reionizzazione.

Un team internazionale guidato dall’astrofisico Hakim Atiq dell’Istituto di Astrofisica di Parigi si è rivolto ai dati del telescopio James Webb su un gruppo di galassie chiamato Abell 2744, supportati dai dati di Hubble. Abell 2744 è così denso che lo spaziotempo si piega attorno ad esso, formando una lente cosmica. Qualsiasi luce distante che viaggia verso di noi attraverso questo spazio-tempo viene amplificata. Ciò ha permesso ai ricercatori di vedere piccole galassie nane vicino all’alba cosmica.

Hanno poi utilizzato il telescopio James Webb per ottenere spettri dettagliati di queste piccole galassie. La loro analisi ha rivelato che queste galassie nane non solo sono il tipo di galassia più abbondante nell’universo primordiale, ma sono anche molto più luminose del previsto. In effetti, la ricerca del team mostra che le galassie nane superano in numero le galassie grandi in un rapporto di 100 a uno, e che la loro emissione totale è quattro volte la radiazione ionizzante normalmente assunta per le galassie più grandi.

“Combinate, queste forze cosmiche emettono energia più che sufficiente per portare a termine la missione”. Ha detto Atik“Nonostante le loro piccole dimensioni, queste galassie di piccola massa producono enormi quantità di radiazioni energetiche, e la loro abbondanza durante questo periodo è così grande che il loro impatto collettivo potrebbe trasformare l’intero stato dell’universo”.

È la migliore prova finora del potere dietro la reionizzazione, ma c’è ancora molto lavoro da fare. I ricercatori hanno osservato una piccola porzione di cielo; Devono essere sicuri che il campione che scelgono non sia solo un insieme anomalo di galassie nane, ma piuttosto uno che rappresenti l’intera popolazione agli albori dell’universo.

Gli scienziati intendono studiare più regioni delle lenti cosmiche nel cielo per ottenere un campione più ampio dei primi ammassi di galassie. Ma i risultati sono molto interessanti solo per questo campione. Gli scienziati sono alla ricerca di risposte alla reionizzazione da quando ne siamo a conoscenza. E stiamo per sollevare finalmente la nebbia.

“Ora siamo entrati in un territorio inesplorato con JWST.” ha detto l’astrofisico Thimya Nanayakkara Dalla Swinburne University of Technology in Australia.

“Questo lavoro apre domande più interessanti a cui dobbiamo rispondere nei nostri sforzi per tracciare la storia evolutiva dei nostri inizi.”

La ricerca è stata pubblicata in natura.

La versione originale di questo articolo è stata pubblicata nel marzo 2024.