Un team internazionale di astronomi finanziato in parte dalla NASA ha trovato il gruppo di galassie più lontano identificato fino ad oggi. Chiamato EGS77, il trio di galassie risale a un'epoca in cui l'universo aveva solo 680 milioni di anni, o meno del 5% della sua età attuale di 13,8 miliardi di anni.

Più significativamente, le osservazioni mostrano che le galassie partecipano a un'ampia trasformazione cosmica chiamata reionizzazione. L'era è iniziata quando la luce delle prime stelle ha cambiato la natura dell'idrogeno in tutto l'universo in modo simile a un lago ghiacciato che si scioglie in primavera. Questo ha trasformato il buio, il cosmo primordiale che estingue la luce in quello che vediamo intorno a noi oggi.

"Il giovane universo era pieno di atomi di idrogeno, che attenuano così tanto la luce ultravioletta da bloccare la nostra visione delle prime galassie, " ha detto James Rhoads al Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, che ha presentato i risultati il ​​5 gennaio al 235° meeting dell'American Astronomical Society a Honolulu. "EGS77 è il primo gruppo di galassie colto nell'atto di disperdere questa nebbia cosmica".

Mentre sono state osservate singole galassie più distanti, EGS77 è il gruppo di galassie più lontano fino ad oggi che mostra le lunghezze d'onda specifiche della luce ultravioletta rivelata dalla reionizzazione. Questa emissione, chiamata luce alfa Lyman, è prominente in tutti i membri di EGS77.

Nella sua prima fase, l'universo era un plasma incandescente di particelle, compresi gli elettroni, protoni, nuclei atomici, e luce. Gli atomi non potevano ancora esistere. L'universo era in uno stato ionizzato, simile al gas all'interno di un'insegna al neon illuminata o di un tubo fluorescente.

Dopo che l'universo si è espanso e si è raffreddato per circa 380, 000 anni, elettroni e protoni combinati nei primi atomi, più del 90% dei quali di idrogeno. Centinaia di milioni di anni dopo, questo gas formò le prime stelle e galassie. Ma la stessa presenza di questo gas abbondante pone sfide per individuare le galassie nell'universo primordiale.

Gli atomi di idrogeno assorbono prontamente e riemettono rapidamente la luce ultravioletta lontana nota come emissione Lyman alfa, che ha una lunghezza d'onda di 121,6 nanometri. Quando si formarono le prime stelle, parte della luce prodotta corrispondeva a questa lunghezza d'onda. Poiché la luce alfa di Lyman interagiva facilmente con gli atomi di idrogeno, non poteva viaggiare lontano prima che il gas lo disperdesse in direzioni casuali.

"La luce intensa delle galassie può ionizzare il gas idrogeno circostante, formando bolle che consentono alla luce delle stelle di viaggiare liberamente, " ha detto il membro del team Vithal Tilvi, un ricercatore presso l'Arizona State University di Tempe. "EGS77 ha formato una grande bolla che consente alla sua luce di viaggiare verso la Terra senza troppa attenuazione. Alla fine, bolle come queste crescevano intorno a tutte le galassie e riempivano lo spazio intergalattico, reionizzare l'universo e aprire la strada alla luce per viaggiare attraverso il cosmo".

EGS77 è stato scoperto come parte del sondaggio Cosmic Deep And Wide Narrowband (Cosmic DAWN), per il quale Rhoads funge da investigatore principale. Il team ha ripreso una piccola area nella costellazione Bootes utilizzando un filtro personalizzato sull'Extremely Wide-Field InfraRed Imager (NEWFIRM) del National Optical Astronomy Observatory. che è stato collegato al telescopio Mayall di 4 metri al Kitt Peak National Observatory vicino a Tucson, Arizona.

Perché l'universo si sta espandendo, La luce Lyman alfa di EGS77 è stata allungata durante i suoi viaggi, quindi gli astronomi lo rilevano effettivamente alle lunghezze d'onda del vicino infrarosso. Non possiamo vedere queste galassie nella luce visibile ora perché quella luce è iniziata a lunghezze d'onda più brevi di Lyman alfa ed è stata dispersa dalla nebbia di atomi di idrogeno.

Per aiutare a selezionare candidati lontani, i ricercatori hanno confrontato le loro immagini con i dati pubblicamente disponibili della stessa regione presi dai telescopi spaziali Hubble e Spitzer della NASA. Le galassie che appaiono luminose nelle immagini nel vicino infrarosso sono state etichettate come possibilità, mentre quelli che apparivano in luce visibile venivano respinti perché troppo vicini.

Il team ha confermato le distanze delle galassie di EGS77 utilizzando lo spettrometro multioggetto per l'esplorazione infrarossa (MOSFIRE) sul telescopio Keck I presso l'Osservatorio W.M. Keck a Maunakea, Hawaii. Le tre galassie mostrano tutte righe di emissione alfa di Lyman a lunghezze d'onda leggermente diverse, riflettendo distanze leggermente diverse. La separazione tra galassie adiacenti è di circa 2,3 milioni di anni luce, o leggermente più vicino della distanza tra la galassia di Andromeda e la nostra Via Lattea.

Un documento che descrive i risultati, guidato da Tilvi, è stato sottoposto a Il Giornale Astrofisico .

"Anche se questo è il primo gruppo di galassie identificato come responsabile della reionizzazione cosmica, le future missioni della NASA ci diranno molto di più, " ha detto il co-autore Sangeeta Malhotra a Goddard. "Il prossimo telescopio spaziale James Webb è sensibile all'emissione di Lyman alfa da galassie ancora più deboli a queste distanze e potrebbe trovare più galassie all'interno di EGS77".

Gli astronomi si aspettano che simili bolle di reionizzazione di quest'era saranno rare e difficili da trovare. Il programmato Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) della NASA potrebbe essere in grado di scoprire ulteriori esempi, illuminando ulteriormente questa importante transizione nella storia cosmica.