Una delle funzioni principali del telescopio spaziale James Webb è quella di trovare le prime galassie, espandendo la nostra
Questi sistemi stellari sono molto più lontanirispetto a tutti gli oggetti precedentemente osservati nell'universo. Gli scienziati scrivono di galassie con spostamenti verso il rosso da 12 a 17. Ma c'è un neo in questa celebrazione del trionfo scientifico: alcuni ricercatori ritengono che l'età degli oggetti possa essere distorta e che i risultati richiedano un'attenta verifica.
Qual è la galassia più distante?
Prima del lancio del telescopio spaziale James Webb inper molto tempo la galassia confermata più distante è stata GN-z11. È stato scoperto nel 2016 utilizzando il telescopio Hubble. È circa 25 volte più piccolo della Via Lattea e rappresenta circa l'1% della sua massa. Allo stesso tempo, la formazione stellare al suo interno procedeva 20 volte più attivamente.
GN-z11 si trova nella costellazione dell'Orsa Maggiore,e gli astrofisici stimano che lo spostamento verso il rosso sia 11,1. Ciò significa che lo osserviamo com’era 13,4 miliardi di anni fa – appena 400 anni dopo il Big Bang. Mentre l’Universo si espande continuamente, le galassie nello spazio si allontanano le une dalle altre. Pertanto, la distanza corretta da GN-z11 è di circa 32 miliardi di anni luce.
Anche prima del lancio del nuovo telescopio nella primavera del 2022gli astrofisici hanno annunciato la scoperta di un candidato ancora più distante, HD1. È stato scoperto utilizzando il telescopio spaziale Subaru e le osservazioni degli osservatori a terra. Secondo la spettroscopia, il suo spostamento verso il rosso è 13,27, che corrisponde a una distanza di 13,5 miliardi di anni luce. E la galassia stessa si trova ora a 33,4 miliardi di anni luce dalla Terra.
Appena una settimana dopo la pubblicazione dei primi datiAl James Webb Telescope, i ricercatori dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics hanno annunciato la scoperta della galassia GLASS-z13, che è provvisoriamente spostata verso il rosso a 13. Questo è circa 300 milioni di anni dopo il Big Bang. Una settimana dopo, è stato ricevuto un messaggio su una galassia con uno spostamento verso il rosso di 14 e persino 16,7. Se questo è vero, allora vediamo queste galassie come esistevano circa 200 milioni di anni dopo il Big Bang.
È vero, tutti questi risultati sono preliminari: finora nessuno di questi valori di redshift è stato confermato. Per stabilire le distanze di queste galassie, sarà necessaria l'analisi spettroscopica.
Galaxy GN-z11 visto dal telescopio spaziale Hubble.Immagine: NASA, ESA, P. Oesch (Yale University), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yale University) e G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)
Come si trovano le nuove galassie?
Nel loro lavoro, gli scienziati hanno utilizzato metodi diversi.Ad esempio, gli astrofisici dell'Università del Missouri-Columbia hanno utilizzato l'effetto di lente gravitazionale creato dal massiccio ammasso di galassie SMACS J0723. Un oggetto massiccio distorce il movimento della luce, ingrandendo gli oggetti distanti, proprio come una normale lente di un telescopio ottico. Usando questo metodo, gli scienziati hanno trovato 88 galassie candidate con uno spostamento verso il rosso di almeno 11. Alcune di esse, secondo i ricercatori, potrebbero avere uno spostamento verso il rosso fino a 20.
Altri scienziati hanno analizzato immagini di vario generearee del cielo in cui non è stato utilizzato l'effetto della lente gravitazionale. Queste immagini fanno parte dello studio Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), che consiste in immagini di 10 diverse regioni del cielo riprese dalla fotocamera nel vicino infrarosso del telescopio (NIRCam).
Per confermare la reale età del lontanogli oggetti richiedono l'analisi spettroscopica, che divide la luce dall'oggetto in uno spettro. Per fare ciò, gli scienziati utilizzeranno lo spettrografo nel vicino infrarosso (NIRSpec) del telescopio James Webb e lo strumento nel medio infrarosso (MIRI) del telescopio spaziale.
L'effetto della lente gravitazionale nell'immagine dell'ammasso SMACS J0723. Immagine: NASA, ESA, CSA e STScI
Cos'è il redshift?
Nello studio dell'universo primordiale, il principaleL'indicatore utilizzato dagli scienziati è il redshift. Aiuta a capire quanto velocemente un oggetto si sta allontanando da noi. Proprio come il segnale di una locomotiva a vapore o di una nave suona più in basso mentre si allontana dall'osservatore, cambia anche l'onda luminosa di un oggetto che si allontana.
L'universo è in continua espansione, il che significale galassie lontane si stanno allontanando dalla Terra. Allo spostamento verso il rosso, la radiazione elettromagnetica proveniente da un oggetto che si allontana aumenta la sua lunghezza d'onda. Ciò significa che tutti i dettagli dello spettro si spostano verso la regione rossa.
Più la galassia è lontana, prima la vediamo etanto più la sua luce si allungava a causa dell'espansione dell'Universo. Di conseguenza, la luce blu e ultravioletta delle giovani stelle calde ci appare infrarossa 13,5 miliardi di anni dopo.
Il telescopio James Webb è dotato di strumenti sensibili che rilevano le radiazioni in varie parti della gamma infrarossa ed è per questo che possono catturare la radiazione dell'universo primordiale.
Spostamento rosso e blu. Immagine: Aleš Tošovský, CC BY-SA 3.0, tramite Wikimedia Commons
Perché i primi risultati possono essere sbagliati?
Gli studi preliminari si basano susingole osservazioni e possono essere imprecisi. Ad esempio, le polverose galassie di formazione stellare che sono esistite miliardi di anni dopo il Big Bang possono mascherarsi come lontane da record. E inoltre, la luce emessa dalle galassie può essere distorta da altri oggetti.
Ad esempio, in base a quanto rossoLa galassia CEERS-DSFG-1 appare sulle immagini del telescopio James Webb, gli astronomi hanno determinato lo spostamento verso il rosso da 17 a 18. Ciò significa che la vediamo 220 milioni di anni dopo il Big Bang. Tuttavia, gli astronomi giapponesi hanno utilizzato il telescopio submillimetrico NOEMA per trovare la stessa galassia e mostrare che contiene un'enorme quantità di polvere.
La polvere assorbe lunghezze d'onda più corte e più bluluce delle stelle, lasciando entrare quelli più lunghi e più rossi. Ciò significa che se osservata visivamente dalla Terra, una tale galassia apparirà più rossa. Dopo aver regolato i risultati delle osservazioni per tenere conto dell'influenza della polvere, gli scienziati hanno dimostrato che il vero redshift è solo di circa 5. Ciò significa che la galassia è visibile 1,3 miliardi di anni dopo il Big Bang.
Galassia CEERS-DSFG-1 nell'immagine del telescopio"James Webb" con osservazioni NOEMA sovrapposte come linee di contorno. Sulla destra c'è l'aspetto del candidato se visto attraverso filtri diversi: non appare nei filtri a lunghezza d'onda più corta, ma diventa più visibile nei filtri più rossi. Immagine: J. Zavala et al.
I ricercatori sono giunti a risultati similistudiando la galassia candidata CEERS-1749. Hanno chiamato la loro scoperta la galassia di Schrödinger. Il fatto è che lo spostamento verso il rosso può essere uguale a 5 o 17. Se stiamo parlando di una galassia lontana separata, allora questo è uno dei sistemi simili conosciuti più distanti e se fa parte di un ammasso, allora stanno ancora parlando di un miliardo di anni dopo il Big Bang. Tutto diventerà chiaro dopo una nuova ricerca.
Indipendentemente dal fatto che siano confermatirecord dichiarati, le nuove scoperte daranno un contributo significativo alla comprensione dei processi di sviluppo dell'Universo primordiale. Anche galassie lontane "vicine" con uno spostamento verso il rosso di circa 5 aprono nuovi dati.
La polvere interstellare è un sottoprodotto del ciclola nascita e la morte delle stelle. Per influenzare il redshift, ci deve essere molta polvere del genere. E questo significa che in tali galassie dovrebbe verificarsi una formazione stellare estremamente intensa. In precedenza, gli scienziati non conoscevano tali processi.
Un gran numero di galassie lontane di diversi periodi della vita dell'Universo aiuterà a capire come si sono formati e sviluppati i primi sistemi stellari.
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