Le galassie nel giovane universo stavano formando stelle a velocità da 10 a 50 volte superiori rispetto alle loro controparti moderne, come la nostra Via Lattea. Uno studio recente ha scoperto che non erano semplicemente versioni ingrandite delle regioni di formazione stellare viste oggi. Anziché, Il professor UCLA Matthew Malkan e diversi collaboratori hanno scoperto che le prime galassie stavano "diventando verdi".

"La scoperta che le giovani galassie sono così inaspettatamente luminose, se cerchi questa caratteristica luce verde, cambierà drasticamente e migliorerà il modo in cui studiamo la formazione delle galassie nel corso della storia dell'universo, " ha detto Malkan.

Gli astronomi hanno scoperto un numero sorprendente di galassie lontane in cui la linea di emissione più forte proviene dall'ossigeno doppiamente ionizzato. La sua lunghezza d'onda nella regione verde dello spettro elettromagnetico rende il colore sorprendente che si vede anche nelle cosiddette nebulose "planetarie" (chiamate erroneamente perché il loro colore verdastro ricorda quello dei pianeti Urano e Nettuno, ma per ragioni completamente diverse).

Ciò è stato sorprendente perché le attuali regioni di formazione stellare, come la vicina nebulosa di Orione, dare un bagliore rosato, che proviene da atomi di idrogeno, di gran lunga l'elemento più abbondante nell'universo. Le stelle appena nate sono incastonate nelle nubi di gas da cui sono nate di recente. I fotoni ultravioletti di quelle giovani stelle irradiano gli atomi nel gas, facendoli riscaldare e perdere elettroni, un processo chiamato fotoionizzazione. Questo gas ionizzato caldo emette quindi uno schema distintivo di colori della luce. Il colore più forte è quasi sempre la luce rosa degli atomi di idrogeno riscaldati.

Ma qualcosa di insolito stava accadendo nelle prime generazioni di formazione stellare, solo uno o due miliardi di anni dopo il Big Bang. Gli atomi di ossigeno nelle nubi di gas circostanti hanno perso due elettroni, piuttosto che il solito. Eliminare quel secondo elettrone richiede molta energia. Questo può essere fatto solo da fotoni estremamente energetici (quasi nella gamma dei raggi X). Pochi fotoni di questa energia sono prodotti dalle giovani stelle viste oggi in Orione o in qualsiasi altra parte della Via Lattea o di altre galassie moderne.

SONO prodotti da poche stelle molto più calde come quelle che si trovano brevemente nei centri della nebulosa "planetaria" (foto a destra sopra). Ma tali condizioni estreme si vedono solo in tutta la galassia in meno del centesimo dell'uno percento delle galassie oggi. Soprannominato "piselli verdi, " queste galassie starburst nane verdastre sono state scoperte dal progetto Galaxy Zoo. La spiegazione del perché il giovane universo stava diventando verde, ma poi si è fermato, è ancora oggetto di intense indagini. Malkan e colleghi sospettano che sia perché le giovani stelle erano più calde nelle fasi precedenti dell'evoluzione delle galassie. Molte di esse somigliavano effettivamente a quelle molto calde (T> 50, 000°C) stelle centrali nelle nebulose planetarie (ma con origini molto diverse).

Una recente analisi di molte migliaia di galassie distanti nel Subaru Deep Field con lo studente laureato Daniel Cohen ha scoperto che TUTTE le piccole galassie sono emettitori sorprendentemente forti della linea di emissione verde dell'ossigeno doppiamente ionizzato. Facendo la media dei dati per un numero così elevato di galassie, hanno ottenuto le prime misurazioni accurate delle galassie nane che sono estremamente deboli, ma di gran lunga il più comune nell'universo giovane. La figura allegata mostra una media di 1, 294 di queste galassie con un redshift di z =3. Queste sono osservate 2 miliardi di anni dopo il Big Bang, quando l'universo era 70 volte più denso di oggi. "La linea di emissione di O++ (che cade tra le due linee tratteggiate verticali) è così forte che distorce persino l'intera porzione infrarossa dello spettro della galassia, che altrimenti è luce di stelle, " ha detto Malkan.

La prossima generazione di telescopi spaziali per le indagini cosmologiche sarà presto orientata a questo verde. In particolare, il lancio del James Webb Space Telescope della NASA nel 2018, seguito dal loro WFIRST nel 2024 e dal precursore del 2020 dell'Agenzia spaziale europea, EUCLIDE, sono tutti progettati per rilevare le galassie nel giovane universo attraverso questa linea di emissione verde di O++.

Agli alti redshift di interesse, visto nei primi 500 milioni di anni dal Big Bang, questa linea "verde" viene spostata ulteriormente nella gamma di lunghezze d'onda dell'infrarosso, ha detto Malkan. Il freddo, ambienti bui di questi telescopi, e i loro nuovi rilevatori, sono altamente ottimizzati per fornire una sensibilità spettroscopica senza precedenti alla forte emissione di O++ a queste lunghezze d'onda infrarosse.

"Questa linea sarà la più potente sonda per la formazione di galassie, non appena le galassie formano le loro prime stelle e supernovae per produrre atomi di ossigeno, " ha detto Malkan. "Rilevare e studiare l'intenso bagliore verde delle galassie più giovani (trasferito nell'infrarosso) ora sembra la nostra migliore opportunità per imparare come si sono evolute le prime galassie".

Malkan sta discutendo questa ricerca oggi al 229° meeting dell'American Astronomical Society in Grapevine, Texas.