OCCHI PUNTATI SULLA REIONIZZAZIONE

L’Universo primordiale svelato

Da tempo gli astronomi ritengono che la reionizzazione, quella fase durante la quale l’Universo primordiale si è riscaldato ionizzando nuovamente l’idrogeno, sia stata causata da radiazione emessa dalle galassie. Un team internazionale di ricercatori pubblica oggi uno studio su Nature grazie al quale questa ipotesi trova la sua prima prova sperimentale

Nell’immagine, la galassia “green pea” J0925 osservata dal telescopio spaziale Hubble. Il diametro della galassia è pari a circa 6.000 anni luce, quindi è circa venti volte più piccola della Via Lattea. Crediti: Ivana Orlitová, Astronomical Institute, Czech Academy of Sciences

Nell’immagine, la galassia “green pea” J0925 osservata dal telescopio spaziale Hubble. Il diametro della galassia è pari a circa 6.000 anni luce, quindi è circa venti volte più piccola della Via Lattea. Crediti: Ivana Orlitová, Astronomical Institute, Czech Academy of Sciences

In seguito al Big Bang l’Universo si è espanso e raffreddato, e questo ha fatto sì che la materia potesse riorganizzarsi come la conosciamo oggi. Le prime stelle e galassie si sono formate centinaia di migliaia di anni più tardi. Un miliardo di anni dopo si osserva un innalzamento della temperatura, che ha comportato una nuova ionizzazione dell’idrogeno, l’elemento più abbondante nell’Universo. Come è stata possibile questa trasformazione, chiamata reionizzazione? Gli astronomi hanno a lungo ritenuto che le galassie fossero responsabili di questo fenomeno, ma le osservazioni dirette sono estremamente complesse a causa delle enormi distanze in gioco. Oggi un team internazionale di ricercatori ha confermato con forza questa ipotesi, grazie alla scoperta di una galassia compatta che sta emettendo un gran numero di fotoni ionizzanti. L’articolo, pubblicato sulla rivista Nature, apre una nuova e importante strada per migliorare la nostra comprensione dell’Universo primordiale.

La materia di cui è composto l’Universo primordiale consiste principalmente in gas. Stelle e ammassi di stelle si sono formati a partire da nubi di gas, dando così vita alle prime galassie. La radiazione ultravioletta emessa da queste prime stelle contiene numerosi fotoni ionizzanti. Per questo motivo gli scienziati hanno a lungo sospettato che le galassie fossero responsabili della reionizzazione cosmica. Tuttavia, affinché questo fenomeno sia possibile, è necessario che le galassie rilascino questi fotoni, che vengono invece facilmente riassorbiti. Nonostante vent’anni di intense ricerche, non era mai stata trovata nessuna galassia che emettesse quantità sufficienti di radiazione.

Per risolvere questo problema, un team internazionale guidato da ricercatori dell’Osservatorio Astronomico dell’Accademia Nazionale delle Scienze in Ucraina ha proposto di osservare le galassie green pea, così chiamate per via delle loro dimensioni ridotte (pea: ‘pisello’) e del colore verdognolo (green: ‘verde’) mostrato nelle immagini della Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Scoperte nel 2007, queste galassie compongono una classe peculiare dell’Universo vicino. Essendo molto compatte possono ospitare esplosioni o venti stellari di intensità sufficiente a giustificare l’espulsione dei fotoni ionizzanti. Yuri Izotov, ricercatore presso l’Accademia Nazionale delle Scienze e primo autore dello studio, ha esaminato in modo approfondito la SDSS alla ricerca di galassie green pea. A partire da questo set di dati, un database di oltre un milione di galassie, il team ha selezionato circa 5.000 galassie che corrispondevano ai loro criteri, ovvero galassie molto compatte con intensa emissione ultravioletta e formazione stellare in corso. Tra queste, 5 sono state scelte e indagate per ulteriori approfondimenti.

Utilizzando il telescopio spaziale Hubble il team ha scoperto che una di queste sorgenti, la galassia denominata J0925, sta emettendo fotoni ionizzanti con un’intensità senza precedenti. Questa scoperta dimostra la validità dell’ipotesi secondo cui le galassie di questo tipo sono in grado di spiegare la reionizzazione cosmica. Ulteriori osservazioni con il telescopio Hubble potranno rafforzare questo risultato e magari anche aiutarci a comprendere meglio il meccanismo di espulsione dei fotoni.

«È interessante notare che le proprietà di questa peculiare galassia sono in realtà molto simili a quelle di molte altre galassie osservate nell’Universo lontano», spiega a Media INAF Daniel Schaerer, ricercatore presso l’Università di Ginevra e co-autore dello studio. «Questo ci dice che la galassia “esotica” scoperta grazie al telescopio Hubble è estremamente somigliante alla maggior parte delle galassie responsabili della reionizzazione».

Spettro ultravioletto della galassia J0925 osservata dal telescopio spaziale Hubble. A poco più di 1200 angstrom (Å) è visibile l’intensa linea Lyman-alfa. Crediti: Y. I. Izotov et al. 2016

Spettro ultravioletto della galassia J0925 osservata dal telescopio spaziale Hubble. A poco più di 1200 angstrom (Å) è visibile l’intensa linea Lyman-alfa. Crediti: Y. I. Izotov et al. 2016

Anne Verhamme, ricercatrice presso l’Università di Ginevra, ha contribuito allo studio scoprendo che J0925 mostra un comportamento spettrale molto peculiare. La linea Lyman-alpha emessa dalla galassia è molto più stretta e più intensa di quanto osservato nella maggior parte delle galassie, il che conferma ulteriormente le previsioni teoriche. «Sono particolarmente orgogliosa del fatto che le mie previsioni teoriche circa la forma della linea Lyman-alfa di una galassia che emette flusso ionizzante siano state confermate dalla nostra scoperta», dice Verhamme a Media INAF. «Questo testimonia l’efficacia del nuovo metodo di ricerca delle sorgenti reionizzanti nell’Universo primordiale, che potranno essere riconosciute dall’aspetto della loro emissione Lyman-alfa». Tutte le evidenze osservative raccolte costituiscono una solida base per le prossime campagne di ricerca di galassie responsabili della reionizzazione cosmica.

Queste scoperte rappresentano un passo di fondamentale importanza per lo studio dell’Universo primordiale. La tecnologia attualmente a nostra disposizione ci fornisce solo uno sguardo approssimativo sulle galassie che popolavano il primo miliardo di anni di esistenza dell’Universo. Il James Webb Space Telescope, il cui lancio è previsto per il 2018, potrebbe rivoluzionare completamente questo campo di ricerca. Questo formidabile strumento permetterà agli astronomi di studiare nel dettaglio le galassie più lontane dell’Universo, e quindi di scoprire qualcosa di più sulla fase di reionizzazione. L’Universo primordiale, fino a ora sostanzialmente sconosciuto, sta cominciando a prendere forma sotto i nostri occhi.

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