L'impressione di questo artista mostra una galassia di tipo Via Lattea nell'Universo locale, circondato da un alone di blu molto più grande, luce fioca, costituito da fotoni Lyman-alfa. Mentre questi fotoni sono stati prodotti intorno al caldo, giovani stelle in regioni molto più centrali, lottano per sfuggire alle galassie, soffrendo molti assorbimenti e riemissioni mentre cercano di scappare, e creando questi aloni giganti. Per le tipiche galassie lontane, solo una piccola percentuale riesce a farcela. Questo è ciò che gli astronomi sono stati ora in grado di vedere per galassie simili che esistevano 11 miliardi di anni fa, in un giovanissimo, Universo attivo. Questo ha importanti implicazioni per lo studio del giovane Universo, dove questi fotoni sono straordinariamente importanti, ma di solito sono misurati solo sulla componente centrale di ciascuna galassia. Credito:ESO/L. Calçada
Astronomi guidati da David Sobral e Jorryt Matthee, delle Università di Lancaster nel Regno Unito e di Leiden nei Paesi Bassi hanno scoperto aloni giganti attorno alle prime galassie di tipo Via Lattea, fatta di fotoni (particelle elementari di luce) che hanno faticato a sfuggirle. Il team riporta i suoi risultati sulla rivista Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .
Per capire come si è formata ed evoluta la nostra galassia, la Via Lattea, gli astronomi si affidano all'osservazione di galassie lontane. Poiché la loro luce impiega miliardi di anni per raggiungerci, i telescopi possono essere usati come macchine del tempo, purché disponiamo di un indicatore chiaro per individuare la distanza dagli oggetti osservati. Come con le galassie più vicine, stelle e pianeti, gli astronomi usano la tecnica della spettroscopia per analizzare la loro luce, disperdendolo in uno spettro.
Gli scienziati quindi cercano le caratteristiche (linee spettrali) che raccontano loro le proprietà, inclusa la composizione, temperatura e movimento dell'oggetto. Con le galassie più lontane, in genere si distingue solo una caratteristica spettrale, la cosiddetta linea Lyman-alfa associata al gas idrogeno.
Jorryt Matthee commenta:"Le stelle appena nate in galassie molto lontane sono abbastanza calde da rompere l'idrogeno nelle nubi di gas circostanti, che poi brilla di luce Lyman-alfa, in teoria le caratteristiche più forti osservabili in una galassia lontana. Eppure in pratica I fotoni Lyman-alfa lottano per sfuggire alle galassie mentre il gas e la polvere bloccano e divergono i loro percorsi di viaggio, rendendolo un processo complesso da capire."
La figura mostra alcune osservazioni condotte con il telescopio Isaac Newton a La Palma e con il telescopio UKIRT alle Hawaii di una delle (quasi 1000) giovani galassie di tipo Via Lattea nel primissimo Universo. I risultati hanno permesso agli astronomi di misurare dove, e quanti, sono stati prodotti fotoni (indicati dalle linee di contorno rosse), e poi confrontare con quelli che sono effettivamente sfuggiti (linee di contorno blu) queste galassie lontane. I risultati rivelano grandi aloni di fotoni Lyman-alfa che hanno faticato a fuggire, mentre la stragrande maggioranza di questi fotoni non ce la fa mai. Credito:J. Matthee/D. Sobral
Utilizzando il telescopio Isaac Newton (INT) a La Palma nelle Isole Canarie, gli astronomi hanno sviluppato un esperimento unico per studiare quasi 1000 galassie distanti. Hanno scrutato il cielo utilizzando la Wide Field Camera e filtri personalizzati, per misurare dove viene prodotto il Lyman-alfa, quanto ce n'è, e dove esce dalle galassie.
David Sobral afferma:"Abbiamo usato dozzine di notti dedicate sull'INT per capire come scappano i fotoni Lyman-alfa, e da quali galassie. Abbiamo guardato indietro nel tempo di 11 miliardi di anni, essenzialmente il limite di dove possiamo identificare galassie lontane e studiarle in dettaglio. Più importante, siamo stati in grado di prevedere con precisione quanti fotoni Lyman-alfa sono stati effettivamente prodotti in ciascuna galassia e dove è successo. Poi li abbiamo confrontati con quelli che effettivamente raggiungono l'INT".
I risultati mostrano che solo l'1-2% di quei fotoni fugge dai centri di galassie come la Via Lattea. Anche se teniamo conto di tutti i fotoni a grande distanza dal centro, meno del 10% di fuga.
"Le galassie che formano le stelle nel lontano Universo sembrano essere circondate da un enorme, debole alone di fotoni Lyman-alfa che hanno dovuto viaggiare per centinaia di migliaia di anni luce in una serie quasi infinita di eventi di assorbimento e riemissione, finché non furono finalmente liberi. Ora dobbiamo capire esattamente come e perché ciò accade", aggiunge Sobral.
Quando il James Webb Space Telescope entrerà in funzione nel 2018, gli astronomi si aspettano di poter guardare ancora più indietro nel tempo, aprendo una nuova finestra sulle prime galassie e stelle. Studiare come si evolve la frazione di fuga nel tempo può dirci del tipo di stelle che producono questi fotoni, e le proprietà del gas interstellare e intergalattico.
