Il telescopio James-Webb avrebbe rilevato la formazione delle prime galassie nell’Universo!

Il telescopio James-Webb avrebbe rilevato la formazione delle prime galassie nell’Universo!
Il telescopio James-Webb avrebbe rilevato la formazione delle prime galassie nell’Universo!
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Il modello cosmologico standard esiste ormai da oltre due decenni. Sappiamo che suppone l’esistenza di una misteriosa energia oscura che accelera l’espansione dell’Universo osservabile da poco più di 5 miliardi di anni e di particelle altrettanto misteriose chiamate materia neramateria nera mai visti prima direttamente nelle collisioni degli acceleratori di particelle o indirettamente nei raggi cosmici attraverso i loro possibili prodotti di decadimento, per citare solo questi metodi utilizzati per la scoperta della materia oscura.

Speriamo di vedere più chiaramente questo universo oscuro con strumenti come Euclid. Nel frattempo possiamo anche usare il telescopio spaziale James-Webb (JWST) per andare più indietro nel tempo stratistrati di luce da cosmocosmo rispetto a quanto aveva fatto la noosfera con Hubble, per cercare di decifrare i misteri della nascita e della crescita delle prime galassie grazie alla materia oscura.


Per 13,8 miliardi di anni l’Universo ha continuato ad evolversi. Contrariamente a quanto ci dicono i nostri occhi quando contempliamo il cielo, ciò che lo compone è lungi dall’essere statico. I fisici effettuano osservazioni in diverse età dell’Universo ed effettuano simulazioni in cui ne riproducono la formazione e l’evoluzione. Sembra che la materia oscura abbia avuto un ruolo importante dall’inizio dell’Universo fino alla formazione delle grandi strutture osservate oggi. © CEA Ricerca

Nascite galattiche tradite da spettri nell’infrarosso

Un team internazionale guidato da ricercatori membri del Centro dell’Alba Cosmica (AlbaAlba) dell’Università di Copenhagen in Danimarca ha appena pubblicato sulla rivista Scienza un articolo di cui è disponibile una versione su arXiv e che riporta interessanti osservazioni riguardanti queste galassie. Si apprende anche in un comunicato stampa dell’ NASANASA In accompagnamento a questo articolo si legge che l’analisi dei dati JWST ha prodotto tre galassie che potevano essere viste formarsi attivamente quando l’Universo aveva solo dai 400 ai 600 milioni di anni.

Queste galassie sono come isole scintillanti in un mare di gasgas altrimenti neutro e opaco. Senza Webb, non saremmo in grado di osservare queste primissime galassie, per non parlare della loro formazione “, dichiara Kasper Heintz, autore principale dell’articolo di Scienza e professore assistente diastrofisicaastrofisica all’alba.

Lo specifica il comunicato stampa di Dawn Ricercatori” sono stati in grado di misurare la formazione delle prime galassie nell’Universo utilizzando modelli sofisticati che mostrano come la luce proveniente da queste galassie veniva assorbita dal gas neutro al loro interno e attorno ad esse. Questa transizione è nota come transizione Lyman-alfa. Misurando la luce, i ricercatori sono riusciti a distinguere il gas nelle galassie appena formate da altri gas. Queste misure sono state possibili solo grazie alle capacità del spettrografospettrografo infrarossiinfrarossi incredibilmente sensibile il telescopio spaziale James Webb “.

Ciò che affascina è che questi dati sembrano supportare il paradigma della crescita delle galassie messo in atto poco più di un decennio fa e che sostituisce quello vecchio, come ha spiegato a Futura uno dei ricercatori responsabili di questa rivoluzione in un’intervista rilasciata noi, il francese Romain Teyssier, professore di scienze astrofisiche e matematica applicata e informatica all’Università di Princeton.

Secondo questo paradigma, la crescita delle galassie, accompagnata dalla nascita di nuove stellestelleè prodotto essenzialmente da filamenti di materia oscura che incanalano correnti diidrogenoidrogeno e D’elioelio freddo neutro. Possiamo pensare che il JWST rileverebbe proprio questo fenomeno attraverso IL spettrispettri di queste galassie lontane fornite dallo strumento NIRSpecNIRSpec (spettrografo nel vicino infrarosso) del telescopio. Questi spettri risultanti da transizioni quantistiche tra livelli dienergiaenergia delle atomiatomi di idrogeno ed elio sotto l’effetto delle radiazioni tradirebbero la presenza di massicci accumuli di questi gas in forma neutra attorno a queste galassie così che, come spiegato da Simone Nielsen, coautore e dottorando anche lui basato su Dawn, “ ci stiamo allontanando da un’immagine delle galassie comeecosistemiecosistemi isolato. A questo punto della storia dell’Universo, le galassie sono tutte intimamente legate al mezzo intergalattico con i suoi filamenti e strutture gassose incontaminate “.

Per comprendere un po’ meglio il contesto di questa scoperta, ricordiamo quanto aveva già spiegato Futura qualche anno fa.


Una conferenza di Romain Teyssier sulla cosmologia digitale applicata alla nascita ed evoluzione delle galassie. Le simulazioni iniziano avendo come condizioni iniziali i vincoli sulle fluttuazioni della densità della materia circa 400.000 anni dopo il Big Bang come insegna la mappa della radiazione fossile elaborata con il satellite Planck. Il ricercatore spiega soprattutto che secondo l’acutezza della modellazione della fisica dei barioni (in particolare con una risoluzione sempre maggiore rispetto alle scale spazio-temporali nelle simulazioni) con la formazione delle stelle e non solo tenendo conto dalla fisica della materia oscura emerge una grande diversità di fenomeni e soprattutto di forme di galassie. © Collegio di Francia

Un nuovo paradigma per la crescita delle galassie

Più di 20 anni fa, i cosmologi hanno sviluppato le galassie in gran parte utilizzando fusionifusioni fra galassie nanegalassie nane primordiali e dalle collisioni tra queste galassie e quelle di maggiori dimensioni risultanti da precedenti fusioni. I fenomeni che accompagnano queste collisioni e fusioni (ben osservati con il telescopio Hubble) – input di gas fresco, onde d’urto tra i massemasse di gas proveniente dalle galassie, essendo naturalmente produttori di brillamenti nella formazione stellare. Allo stesso modo, gli improvvisi afflussi di gas potrebbero spiegare l’accensione dei quasar dovuta alla caduta di grandi quantità di materia verso il pianeta. buchi neri supermassiccibuchi neri supermassicci nel cuore delle galassie e che sono dietro le formidabili quantità di energia che le fanno brillare stellestelle.

Solo che osserviamo tra le prime galassie febbrili formazioni di nuove stelle, e accensioni di quasarquasarmentre siamo visibilmente in pochi casi in presenza di fusioni (in corso o appena completate) di galassie.

Tutte queste ragioni hanno fatto sì che i sostenitori del modello cosmologico standard con materia oscura fredda, quello delineato all’inizio degli anni ’80 dal premio Nobel per la fisica James Peebles, abbiano finalmente tentato di risolvere questi enigmi mantenendo questo modello utilizzando simulazioni che tengono conto di tutte le dettagli del fisicofisico la materia barionica ordinaria collassa gravitazionalmente con l’aiuto della materia oscura per formare e far crescere le galassie. In particolare, grazie ai progressi nella potenza di calcolo di computercomputer del 21e secolo, per introdurre gli effetti della formazione delle stelle e dei buchi neri supermassicci con le conseguenze che queste stelle possono avere attraverso la loro radiazione e le loro esplosioni.


Un estratto dalla simulazione digitale 3D MareNostrum (vedi spiegazioni sotto) che riproduce 13 miliardi di anni di evoluzione dell’Universo dallo stato omogeneo dopo il Big Bang alle odierne galassie a spirale. Design: Romain Teyssier (CEA), Dimensione: 50 milioni di anni luce. © CEA Astrofisica

Così, poco più di dieci anni fa, mentre lavorava al CEA, Romain Teyssier pubblicava in Natura, con i suoi colleghi francesi e israeliani, importanti risultati riguardanti la formazione delle galassie. Erano stati ottenuti utilizzando uno dei più potenti supercomputersupercomputer del mondo, chiamato MareNostrum, con sede presso il Centro di Calcolo di Barcellona. Si trattava di eseguirlo con precisione simulazioni digitalisimulazioni digitalifrutto del lavoro congiunto di informatici eastrofisiciastrofisici, tenendo conto, nel caso della materia oscura, della presenza di materia normale. Dopo quattro settimane di calcoli intensivi, effettuati in parallelo su più di 2.000 processori, i ricercatori hanno poi visto le manifestazioni della nuova teoria che non faceva sì che le galassie nascessero e crescessero secondo gli scenari precedentemente previsti e studiati.

Secondo questa teoria, chiamata Galassie alimentate da corsi d’acqua (SFG), la materia oscura è ancora presente. Ma incanala correnti di gas barionico freddo nei suoi grumi e filamenti. È all’incrocio dei filamenti che nascerebbero e soprattutto crescerebbero le galassie secondo le simulazioni.

Le collisioni tra galassie giocavano allora un ruolo minore e i brillamenti stellari osservati nelle galassie giovani potrebbero quindi essere spiegati con l’apporto di materia barionica ai filamenti. Effetti di turbolenzaturbolenza Sarebbe anche presente, contribuendo a spiegare la rotazione delle galassie.

Con il James-Webb potremo ora provare a rispondere a diverse domande riguardanti questi filamenti freddi di materia, come cita sempre il comunicato stampa della NASA: “ Dov’è esattamente il gas? Quanto c’è vicino ai centri delle galassie – o alla loro periferia? Il gas è vergine o già popolato di elementi più pesanti? “. Per questo Kasper Heintz conclude che “ il prossimo passo sarà creare grandi campioni statistici di galassie e quantificarli in dettaglio prevalenzaprevalenza e l’importanza delle loro caratteristiche “.

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