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Un nuovo studio condotto da un team congiunto dell’Università di Nagoya e dell’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone ha misurato l’età cosmica di una galassia molto lontana.

Il team ha utilizzato l’array del radiotelescopio ALMA per rilevare un segnale radio che ha viaggiato per circa il 97% dell’età dell’universo. Questa scoperta conferma l’esistenza di galassie nell’universo primordiale individuato dal James Webb Space Telescope. La ricerca è pubblicata in Avvisi mensili della Royal Astronomical Society.

La galassia, denominata GHZ2/GLASS-z12, è stata inizialmente identificata nel sondaggio JWST GLASS, un sondaggio che osserva l’universo distante e dietro massicci ammassi di galassie. Queste osservazioni sono costituiti da diverse immagini che utilizzano diversi filtri colore a banda larga, simili ai colori RGB separati in una fotocamera. Per le galassie lontane, la luce impiega così tanto tempo per raggiungerci che l’espansione dell’universo ha spostato il colore di questa luce verso l’estremità rossa dello spettro della luce visibile nel cosiddetto spostamento verso il rosso. Il colore rosso di GHZ2/GLASS-z12 ha quindi aiutato i ricercatori a identificarlo come uno dei candidati più convincenti per una galassia distante che hanno osservato.

Nelle prime settimane di osservazioni JWST sono state identificate così tante galassie distanti e luminose da mettere in discussione la nostra comprensione di base della formazione delle prime galassie. Tuttavia, questi colori rossi sono solo indicativi di una galassia lontana e potrebbero invece essere una galassia molto ricca di polvere mascherata da oggetto più distante. Solo le osservazioni dirette delle linee spettrali – linee presenti nello spettro luminoso di una galassia utilizzate per identificare gli elementi presenti – possono confermare in modo affidabile le vere distanze di queste galassie.

Immediatamente dopo la scoperta di queste prime galassie candidate, due ricercatori della Nagoya University e dell’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone hanno utilizzato i quaranta radiotelescopi dell’array ALMA in Cile per cercare una linea spettrale che confermasse la vera età delle galassie .

ALMA ha puntato su GHZ2/GLASS-z12 per cercare una riga di emissione associata all’ossigeno alla frequenza prevista suggerita dalle osservazioni JWST. L’ossigeno è un elemento tipicamente abbondante nelle galassie lontane a causa del suo tempo di formazione relativamente breve, quindi il team ha scelto di cercare una riga di emissione dell’ossigeno per aumentare le possibilità di rilevamento.

Gli astronomi confermano l'età della galassia più lontana usando l'ossigeno
L’array di radiotelescopi ALMA ha individuato l’esatta età cosmica di una lontana galassia identificata da JWST, GHZ2/GLASS-z12, a 367 milioni di anni dopo il Big Bang. Le profonde osservazioni spettroscopiche di ALMA hanno rivelato una linea di emissione spettrale associata all’ossigeno ionizzato vicino alla galassia, che è stata spostata nella sua frequenza osservata a causa dell’espansione dell’universo da quando la linea è stata emessa. Questa osservazione conferma che il JWST è in grado di guardare fuori per registrare le distanze e preannuncia un salto nella nostra capacità di comprendere la formazione delle prime galassie nell’universo. Crediti: NASA / ESA / CSA / T. Treu, UCLA / NAOJ / T. Bakx, Nagoya U.

Combinando il segnale di ciascuno dei suoi telescopi da 12 metri, ALMA è stato in grado di rilevare la linea di emissione vicino alla posizione della galassia. Il redshift osservato della linea indica che vediamo la galassia com’era appena 367 milioni di anni dopo il Big Bang.

“Le prime immagini del James Webb Space Telescope hanno rivelato così tante galassie primordiali, che abbiamo ritenuto di dover testare i suoi risultati utilizzando il miglior osservatorio sulla Terra”, ha affermato l’autore principale Tom Bakx della Nagoya University. “È stato un momento molto emozionante per essere un astronomo osservativo e abbiamo potuto monitorare lo stato delle osservazioni che testeranno i risultati del JWST in tempo reale”.

“Inizialmente eravamo preoccupati per la leggera variazione di posizione tra l’ossigeno rilevato linea di emissione e la galassia vista da Webb”, osserva l’autore Tom Bakx, “ma abbiamo eseguito test dettagliati sulle osservazioni per confermare che si tratta davvero di un rilevamento robusto, ed è molto difficile da spiegare attraverso qualsiasi altra interpretazione”.

Il co-autore principale Jorge Zavala dell’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone aggiunge: “L’emissione della linea luminosa indica che questa galassia ha rapidamente arricchito le sue riserve di gas con elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio. Questo ci dà alcuni indizi sulla formazione e l’evoluzione della prima generazione di stelle e sulla loro vita. La piccola separazione che vediamo tra l’ossigeno gassoso e l’emissione delle stelle potrebbe anche suggerire che queste prime galassie abbiano subito violente esplosioni che hanno espulso il gas dal centro della galassia nella regione che circonda la galassia e anche oltre».

“Queste profonde osservazioni di ALMA forniscono una solida prova dell’esistenza di galassie nelle prime centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang e confermano i sorprendenti risultati delle osservazioni di Webb. Il lavoro di JWST è appena iniziato, ma stiamo già adattando i nostri modelli di come si formano le galassie nell’universo primordiale per corrispondere a queste osservazioni. La potenza combinata di Webb e dell’array di radiotelescopi ALMA ci dà la fiducia necessaria per spingere i nostri orizzonti cosmici sempre più vicini all’alba dell’universo”.



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