James Webb collega le moderne galassie dei piselli verdi con le antiche galassie nell’alba cosmica

Quando il James Webb Space Telescope è decollato dalla Terra il giorno di Natale del 2021, ha portato con sé molte aspettative. Uno dei suoi obiettivi scientifici è cercare la luce dalle prime galassie dell’universo e studiare come si sono formate ed evolute le galassie.

Un nuovo documento mostra che JWST fa proprio questo e ha trovato un legame tra le prime galassie e rare galassie nel nostro cortile che gli astronomi chiamano galassie “pisello verde”.

Una delle grandi domande in cosmologia è come le galassie si siano formate e poi si siano evolute nelle massicce strutture a spirale che vediamo oggi. L’aspetto delle prime galassie è associato a L’era della reionizzazione (EOR) e la fine dei secoli bui dell’universo. Prima che si formassero le prime stelle e galassie nell’universo, c’era solo un’impenetrabile foschia di gas primordiale. Una volta che le stelle si sono formate all’interno delle galassie, la loro luce ultravioletta ha reionizzato l’idrogeno, permettendo alla luce di viaggiare attraverso l’universo.

Le prove per EOR sono sepolte in un lontano, lontano passato. Da allora la luce di quelle prime galassie è stata allungata in intensi spostamenti verso il rosso dall’espansione dell’universo, e il JWST è progettato proprio per rilevare la luce infrarossa. Ci è riuscito e, all’inizio della sua missione scientifica, JWST aveva già rilevato le galassie più antiche mai trovate, risalenti a soli 350 milioni di anni dopo il Big Bang.

Un nuovo articolo pubblicato su The Astrophysical Journal Letters mostra come alcune di queste primissime galassie siano notevolmente simili ad alcune delle galassie più giovani ed esotiche che vivono nel nostro cortile cosmico. la carta “Trova i piselli all’inizio dell’universo con JWST. L’autore principale è James Rhodes, un astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA.

READ  La navicella spaziale Artemis 1 - Orion della NASA supera la distanza record dell'Apollo 13 dalla Terra

“Con le impronte chimiche dettagliate di queste prime galassie, vediamo che includono quelle che potrebbero essere le galassie più primitive mai identificate”, ha detto Rhodes in un comunicato stampa. “Allo stesso tempo, possiamo mettere in relazione queste galassie dall’alba dell’universo a galassie simili nelle vicinanze, che possiamo studiare in modo molto più dettagliato”.

I piselli verdi sono un tipo di galassia identificato per la prima volta nella scienza dei cittadini Progetto Zoo Galassia. In questo progetto, i citizen scientist hanno deciso di identificare le galassie in grandi quantità di dati immagine generati da sondaggi come lo Sloan Digital Sky Survey. Le galassie dei piselli verdi erano degne di nota perché sono piccoli punti rotondi difficili da risolvere. Sono anche verdi, in parte per come vengono filtrate le immagini e in parte per la composizione minerale o chimica.

Ma i piselli sono verdi anche perché ospitano una formazione stellare molto attiva. A differenza delle stelle, che emettono luce attraverso lo spettro elettromagnetico, la luce dei piselli verdi proviene da nubi di gas incandescente illuminate dalla luce delle stelle. Quindi, invece di vedere la luce delle stelle non filtrata, vediamo solo la luce delle nubi di gas energizzate.

“Il pisello può essere piccolo, ma la sua attività di formazione stellare è insolitamente intensa per le sue dimensioni, quindi produce luce ultravioletta brillante”, ha detto Kyunho Kim, ricercatore post-dottorato presso l’Università di Cincinnati e membro del gruppo di analisi.

Una nuova analisi delle galassie distanti riprese dal telescopio spaziale James Webb della NASA mostra che sono molto piccole e condividono alcune notevoli somiglianze con i “piselli verdi”, una rara classe di piccole galassie nel nostro cortile cosmico. Credito immagine: NASA, ESA, CSA e STScI

Il pisello verde è largo solo circa 5.000 anni luce. Confrontalo con la maggior parte delle galassie moderne come la Via Lattea, che ha un diametro di circa 85.000 anni luce. Le galassie Green Pea sono chiaramente strane e gli astronomi sono molto interessati a loro.

READ  CES 2021 | Lenovo ha annunciato il laptop da gioco IdeaPad 5i Pro 120Hz »TechnoCodex

Gli astronomi sono anche interessati alle galassie più antiche e James Webb eccelleva nel trovarle. Gli autori di questo studio hanno esaminato i dati delle osservazioni del lancio anticipato (ERO) di JWST. Quei dati includevano l’immagine a infrarossi più nitida e profonda dell’universo mai scattata. L’immagine era centrata su un ammasso di galassie chiamato SMACS 0723, che fungeva da lente gravitazionale e migliorava la già sorprendente portata di JWST. La lente gravitazionale ha amplificato la luce delle galassie al di fuori dell’ammasso.

Tra queste galassie, gli astronomi ne hanno identificate tre che condividono caratteristiche simili ai piselli. La luce di uno di loro è stata amplificata dieci volte dall’ammasso di galassie, una straordinaria combinazione di condizioni naturali che hanno reso il formidabile potere di JWST ancora di più.

Queste immagini mostrano una galassia di piselli verdi ripresa dallo Sloan Digital Sky Survey a sinistra e un'immagine a infrarossi di un primo pisello catturata dal telescopio spaziale James Webb della NASA.  Sulla sinistra c'è J122051+491255, un pisello verde a circa 170 milioni di anni luce di distanza o circa 4.000 anni luce di diametro.  Questa è una dimensione tipica per un pisello verde.  A destra c'è un pisello antico noto come 04590, la cui luce ha impiegato 13,1 miliardi di anni per raggiungerci.  04590 è ancora più compatta delle altre due galassie JWST, rispetto alla più piccola delle vicine piselli verdi.  Credito immagine: SDSS, NASA, ESA, CSA e STScI
Queste immagini mostrano una galassia di piselli verdi ripresa dallo Sloan Digital Sky Survey a sinistra e un’immagine a infrarossi di un primo pisello catturata dal telescopio spaziale James Webb della NASA. Sulla sinistra c’è J122051+491255, un pisello verde a circa 170 milioni di anni luce di distanza o circa 4.000 anni luce di diametro. Questa è una dimensione tipica per un pisello verde. A destra c’è un pisello antico noto come 04590, la cui luce ha impiegato 13,1 miliardi di anni per raggiungerci. 04590 è ancora più compatta delle altre due galassie JWST, rispetto alla più piccola delle vicine piselli verdi. Credito immagine: SDSS, NASA, ESA, CSA e STScI

Parte della forza di JWST risiede nel spettrometro nel vicino infrarosso (NIRSpec). NIRSpec può monitorare gli spettri di centinaia di oggetti contemporaneamente. Quando Rhodes ei suoi colleghi hanno esaminato gli spettri di tutte le galassie nell’immagine, hanno scoperto che tutte e tre sembravano piselli. I piselli presentano emissioni di ossigeno, idrogeno e neon, e il team ha trovato le stesse proprietà, o firme chimiche, nelle tre galassie antiche e lontane.

Questa immagine si basa sui dati del documento, ma ha aggiunto la sottolineatura per renderla più leggibile per i non scienziati.  Lo strumento NIRSpec di JWST ha catturato le firme chimiche di galassie selezionate dietro SMACS 0723, inclusi tre oggetti deboli e distanti.  Se corretti per l'allungamento della lunghezza d'onda causato dall'espansione dello spazio nel corso di miliardi di anni, gli spettri di queste galassie (mostrati in rosso) mostrano caratteristiche di emissione di ossigeno, idrogeno e neon che mostrano una sorprendente somiglianza con quelle viste dal cosiddetto pisello verde galassie trovate da qualche parte vicine (in verde).  Inoltre, le osservazioni di Webb hanno permesso di misurare per la prima volta la quantità di ossigeno in queste galassie dell'alba cosmica.  Le linee spettrali sono state allungate verticalmente per mostrare queste relazioni.  Credito immagine: Goddard Space Flight Center della NASA/Rhodes et al.  2023
Questa immagine si basa sui dati del documento, ma ha aggiunto la sottolineatura per renderla più leggibile per i non scienziati. Lo strumento NIRSpec di JWST ha catturato le firme chimiche di galassie selezionate dietro SMACS 0723, inclusi tre oggetti deboli e distanti. Correggendo l’allungamento della lunghezza d’onda causato dall’espansione dello spazio nel corso di miliardi di anni, gli spettri di queste galassie (mostrati in rosso) mostrano caratteristiche di emissione di ossigeno, idrogeno e neon che sono sorprendentemente simili a quelle viste dalle cosiddette galassie dei piselli verdi trovate nelle vicinanze (in verde). Inoltre, le osservazioni di Webb hanno permesso di misurare per la prima volta la quantità di ossigeno in queste galassie dell’alba cosmica. Le linee spettrali sono state allungate verticalmente per mostrare queste relazioni. Credito immagine: Goddard Space Flight Center della NASA/Rhodes et al. 2023

Qualcosa di insolito accade quando le galassie di circa 13 miliardi di anni hanno la stessa firma chimica o minerale delle galassie più giovani. Questo perché la metallicità aumenta con l’età dell’universo. Metallico, che in astronomia si riferisce a elementi chimici più pesanti dell’idrogeno e dell’elio, aumenta man mano che le stelle successive vivono e muoiono. Le stelle creano elementi più pesanti attraverso la sintesi nucleare, e quando le stelle muoiono, rilasciano quei minerali nello spazio per essere assorbiti nella prossima generazione di formazione stellare.

READ  Il Royal Inland Hospital opera al 115% della capacità a causa degli alti casi di influenza e virus RSV | BN Radio

“Vediamo questi oggetti come esistevano fino a 13,1 miliardi di anni fa, quando l’universo aveva circa il 5% della sua età attuale”, ha detto Sangeeta Malhotra, un ricercatore di Goddard. E vediamo che sono giovani galassie in ogni senso della parola – piene di giovani stelle e gas incandescente che contengono piccoli prodotti chimici riciclati da ex stelle. Infatti, una di esse contiene solo il 2% dell’ossigeno trovato in una galassia come la nostra e potrebbe essere la galassia chimicamente più primitiva identificata finora”.

Il contenuto di ossigeno gioca un ruolo importante nel confronto. Due delle tre galassie contengono solo il 20% dell’ossigeno presente nella Via Lattea e una ne contiene solo il 2%. Il loro contenuto di ossigeno è molto simile a quello dei piselli. Perché le moderne galassie dei piselli verdi hanno la stessa metallicità delle prime galassie dell’universo?

Parte della risposta sta nei piselli. In termini di metallicità, in particolare contenuto di ossigeno, e formazione stellare, sono controparti a basso spostamento verso il rosso delle galassie con spostamento verso il rosso più elevato nell’immagine JWST. Dal momento che sono molto più vicini, è molto più facile osservarli e studiarli.

“Gli isotopi a basso spostamento verso il rosso delle galassie dell’era della reionizzazione sono stati di enorme valore negli ultimi anni perché ci hanno permesso di studiare proprietà di oggetti vicini che non possono essere studiati direttamente nelle deboli galassie con spostamento verso il rosso di Cosmic Dawn”, scrivono gli autori. nel loro giornale. Il loro lavoro mostra come il potente JWST possa svelare dettagli importanti nelle emissioni di deboli galassie con spostamento verso il rosso. Sebbene questi risultati siano basati sui primi lanci del JWST, le osservazioni future forniranno maggiori dettagli sulle antiche galassie. “Questi alla fine includeranno la finitura metallica, la temperatura, il coefficiente di ionizzazione, la densità e la pressione del gas”, spiegano.

Ma alcune proprietà di queste prime galassie rimarranno nascoste dall’effetto disturbante di intensi spostamenti verso il rosso. Alcune di queste caratteristiche possono essere viste più facilmente nei piselli verdi. “Ad esempio, le emissioni radio del gas atomico nelle singole galassie possono essere studiate nei piselli verdi ma sono sfuggenti nell’universo primordiale”, spiegano. Queste emissioni radio possono dire agli astronomi di più sull’idrogeno e sulla formazione stellare nelle galassie, tra le altre cose.

Trovare connessioni tra i piselli verdi e le galassie antiche e altamente spostate verso il rosso è uno sviluppo importante nella cosmologia. Ciò significa che le osservazioni dei piselli verdi possono aiutare a spiegare le prime galassie. “Pertanto, JWST ora ci consente di convalidare gruppi analogici locali con dettagli e sicurezza senza precedenti, aprendo la strada a ulteriori progressi utilizzando sia le giovani galassie più lontane che quelle più vicine”, spiegano i ricercatori.

Di più:

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato.