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    L'alba cosmica è avvenuta da 250 a 350 milioni di anni dopo il Big Bang

    Immagine di un video che mostra la formazione e l'evoluzione delle prime stelle e galassie in un universo virtuale simile al nostro. Credito:Dott. Harley Katz, Amico di Beecroft, Dipartimento di Fisica, università di Oxford

    alba cosmica, quando le stelle si formarono per la prima volta, avvenne da 250 a 350 milioni di anni dopo l'inizio dell'universo, secondo un nuovo studio condotto da ricercatori dell'University College London (UCL) e dell'Università di Cambridge.

    Lo studio, pubblicato in Avvisi mensili della Royal Astronomical Society , suggerisce che il telescopio spaziale James Webb della NASA (JWST), previsto per il lancio a novembre, sarà abbastanza sensibile da osservare direttamente la nascita delle galassie.

    Il team di ricerca guidato dal Regno Unito ha esaminato sei delle galassie più lontane attualmente conosciute, la cui luce ha impiegato la maggior parte della vita dell'universo per raggiungerci. Hanno scoperto che la distanza di queste galassie dalla Terra corrispondeva a un tempo di "guardare indietro" di oltre 13 miliardi di anni fa, quando l'universo aveva solo 550 milioni di anni.

    Analizzando le immagini dei telescopi spaziali Hubble e Spitzer, i ricercatori hanno calcolato che l'età di queste galassie va da 200 a 300 milioni di anni, permettendo una stima di quando le loro stelle si sono formate per la prima volta.

    L'autore principale Dr. Nicolas Laporte (Università di Cambridge), che ha iniziato il progetto mentre era all'UCL, ha detto:"I teorici ipotizzano che l'universo sia stato un luogo oscuro per le prime centinaia di milioni di anni, prima che si formassero le prime stelle e galassie.

    "Testimoniare il momento in cui l'universo è stato immerso per la prima volta nella luce delle stelle è una grande ricerca in astronomia.

    Il video mostra la formazione e l'evoluzione delle prime stelle e galassie in un universo virtuale simile al nostro. La simulazione inizia poco prima dell'alba cosmica, quando l'universo è privo di luce stellare, e corre all'epoca 550 milioni di anni dopo il Big Bang, quando vengono osservate le sei galassie analizzate dal dottor Laporte e colleghi. L'età dell'universo in milioni di anni è mostrata in alto a sinistra. L'inserto si concentra sull'evoluzione di una galassia simile a quelle del recente studio osservazionale. Le regioni viola mostrano la distribuzione filamentosa del gas, composto principalmente da idrogeno. Le regioni bianche rappresentano la luce delle stelle e le regioni gialle rappresentano la radiazione energetica delle stelle più massicce che è in grado di ionizzare il gas idrogeno circostante. Mentre le stelle massicce raggiungono rapidamente la fine della loro vita, eruttano in violente esplosioni di supernova che espellono il gas circostante permettendo la fuoriuscita di questa radiazione energetica. Galassie come quella mostrata accumulano continuamente materiale da sistemi più piccoli vicini e si assemblano rapidamente per formare le galassie più sostanziali osservate dal telescopio spaziale Hubble in tempi successivi. Credito:Dott. Harley Katz, Amico di Beecroft, Dipartimento di Fisica, università di Oxford

    "Le nostre osservazioni indicano che l'alba cosmica è avvenuta tra 250 e 350 milioni di anni dopo l'inizio dell'universo, e, al momento della loro formazione, galassie come quelle che abbiamo studiato sarebbero state sufficientemente luminose per essere viste con il James Webb Space Telescope".

    I ricercatori hanno analizzato la luce delle stelle dalle galassie registrata dai telescopi spaziali Hubble e Spitzer, esaminando un marcatore nella loro distribuzione energetica indicativo della presenza di idrogeno atomico nelle loro atmosfere stellari. Questo fornisce una stima dell'età delle stelle che contengono.

    Questa firma dell'idrogeno aumenta di forza con l'invecchiamento della popolazione stellare, ma diminuisce quando la galassia è più vecchia di un miliardo di anni. La dipendenza dall'età sorge perché le stelle più massicce che contribuiscono a questo segnale bruciano il loro combustibile nucleare più rapidamente e quindi muoiono per prime.

    Co-autore Dr. Romain Meyer (UCL Physics &Astronomy e Max Planck Institute for Astronomy a Heidelberg, Germania) ha dichiarato:"Questo indicatore di età viene utilizzato per datare le stelle nelle nostre vicinanze nella Via Lattea, ma può anche essere utilizzato per datare le galassie estremamente remote, visto in un periodo molto antico dell'universo.

    "Utilizzando questo indicatore possiamo dedurre che, anche in questi primi tempi, le nostre galassie hanno tra i 200 e i 300 milioni di anni".

    Nell'analizzare i dati di Hubble e Spitzer, i ricercatori avevano bisogno di stimare il "redshift" di ogni galassia che indica la loro distanza cosmologica e quindi il tempo di ritorno al quale vengono osservate. Per realizzare questo, hanno effettuato misurazioni spettroscopiche utilizzando l'intero arsenale di potenti telescopi terrestri:il cileno Atacama Large Millimeter Array (ALMA), il Very Large Telescope europeo, i due telescopi Keck alle Hawaii, e il telescopio Gemini-Sud.

    Immagine a colori dell'ammasso di galassie utilizzata per rilevare una delle sei galassie, MACS0416-JD, esaminato in uno studio condotto da ricercatori dell'University College di Londra e dell'Università di Cambridge. Questa galassia ha un'età stimata di 351 milioni di anni, il che significa che questa galassia si è formata 178 milioni di anni dopo il Big Bang. La massa stellare di questa galassia è un miliardo di volte la massa del Sole. Questo oggetto è attualmente la galassia più lontana rilevata con ALMA. Credito:ESA/Hubble, NASA, Campi di frontiera HST

    Queste misurazioni hanno permesso al team di confermare che guardare queste galassie corrispondeva a guardare indietro a un'epoca in cui l'universo aveva 550 milioni di anni.

    Co-autore Professor Richard Ellis (UCL Physics &Astronomy), che ha seguito nella sua carriera galassie sempre più lontane, ha dichiarato:"Negli ultimi dieci anni, gli astronomi hanno spostato le frontiere di ciò che possiamo osservare a un'epoca in cui l'universo era solo il 4% della sua età attuale. Però, a causa della limitata trasparenza dell'atmosfera terrestre e delle capacità dei telescopi spaziali Hubble e Spitzer, abbiamo raggiunto il nostro limite.

    "Ora attendiamo con impazienza il lancio del James Webb Space Telescope, che crediamo abbia la capacità di assistere direttamente all'alba cosmica.

    "La ricerca per vedere questo momento importante nella storia dell'universo è stata per decenni un Santo Graal in astronomia. Poiché siamo fatti di materiale lavorato nelle stelle, questa è in un certo senso la ricerca delle nostre origini».

    Il nuovo studio ha coinvolto gli astronomi dell'Università della California-Santa Cruz, l'Università della California, e l'Università del Texas.

    Il telescopio spaziale James Webb, guidato dalla NASA, il successore dell'osservatorio Hubble, dovrebbe essere lanciato nello spazio a novembre. Sarà il principale osservatorio nel prossimo decennio, al servizio di migliaia di astronomi in tutto il mondo. È costituito da un osservatorio a infrarossi, un immenso specchio largo 6,5 metri, e un parasole a forma di diamante. Gli scienziati dell'UCL del Mullard Space Science Laboratory hanno costruito e testato componenti hardware chiave per il NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), uno dei quattro strumenti del telescopio.


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