In tutta l'Australia, gli astronomi utilizzano tecnologie all'avanguardia per catturare il cielo notturno, sperando di affrontare alla fine alcune delle nostre più grandi domande sull'universo.

Mentre noi e i nostri colleghi approfondiamo il cosmo, alla ricerca di esplosioni cosmiche, le nostre osservazioni stanno aiutando a far luce su misteri di vecchia data e aprendo la strada a percorsi di indagine completamente nuovi.

Eruzioni cosmiche riempiono il cielo

Swinburne è più profondo, Più ampio, Il programma Faster (DWF), su cui una di noi (Sara Webb) ha lavorato durante il suo dottorato di ricerca, è stato sviluppato per dare la caccia alle esplosioni più veloci e misteriose dell'universo.

Ma per capire cosa causa le esplosioni cosmiche, dobbiamo "guardare" questi eventi con più occhi, attraverso diversi telescopi in tutto il mondo. Oggi ti accompagneremo in un viaggio utilizzando i dati di uno di questi telescopi, il Bianco 4m, all'Osservatorio interamericano di Cerro Tololo in Cile.

Primo, tutte le 60+ singole immagini prese del campo visivo da questo telescopio sono combinate in un mosaico. Al loro interno vediamo le migliaia di sorgenti luminose.

Queste immagini vengono trasferite attraverso il Pacifico per essere elaborate sul supercomputer OzStar di Swinburne, che è più potente di 10, 000 laptop personali e può gestire migliaia di lavori diversi contemporaneamente.

Una volta caricato, le immagini sono suddivise in pezzi più piccoli. Questo è quando iniziamo a vedere i dettagli.

Ma le galassie sopra, spettacolari come sono, ancora non sono quello che stiamo cercando. Vogliamo catturare nuove "sorgenti" derivanti da stelle morenti ed esplosioni cosmiche, che possiamo identificare facendo in modo che i nostri computer cerchino la luce in luoghi in cui non è stata rilevata in precedenza.

Una fonte potrebbe essere molte cose diverse tra cui una stella fiammeggiante, una stella morente o un asteroide. Per scoprirlo dobbiamo raccogliere informazioni continue sulla sua luminosità e sulle diverse lunghezze d'onda della luce che emette, come la radio, Raggi X, raggi gamma e così via.

Una volta individuata una fonte, monitoriamo i cambiamenti nella sua luminosità nelle prossime ore e giorni. Se pensiamo che possa rappresentare una rara esplosione cosmica, attiviamo altri telescopi per raccogliere dati aggiuntivi.

Sbirciando nel lontano passato

Le galassie sono vaste collezioni di stelle, gas, polvere e materia oscura. Variano per forma, taglia e colore, ma i due tipi principali che vediamo oggi nell'universo sono le spirali blu e le ellittiche rosse. Ma come si formano? E perché ne esistono di diversi tipi?

Gli astronomi sanno che le forme e i colori di una galassia sono legati alla sua evoluzione, ma stanno ancora cercando di capire esattamente quali forme e colori sono collegati a specifici percorsi di crescita.

Pensiamo che le galassie crescano in dimensioni e massa attraverso due canali principali. Producono stelle quando le loro vaste nubi di idrogeno collassano per gravità. Man mano che più gas si trasforma in stelle, crescono di dimensioni.

Grazie alla tecnologia spaziale come il telescopio spaziale Hubble e i potenti telescopi a terra, gli astronomi possono ora guardare indietro nel tempo per studiare la crescita delle galassie nella storia dell'universo.

Questo è possibile poiché più lontana è una galassia, più a lungo viaggiava la sua luce per raggiungerci. Poiché la velocità della luce è costante, possiamo determinare quando è stata emessa la luce, purché conosciamo la distanza della galassia dalla Terra (chiamata "redshift").

Ho misurato questa crescita come parte del mio dottorato di ricerca, prendendo immagini di galassie che esistono a diversi redshift da quando l'universo aveva solo un miliardo di anni, e confrontando le loro dimensioni.

Quando le galassie si fondono

Guardando intorno all'universo oggi, vediamo principalmente galassie raggruppate insieme. Gli astronomi ritengono che la natura dei dintorni di una galassia o del suo ambiente possa influenzare i suoi percorsi di crescita, simile a come le persone nelle grandi città possono accedere a più risorse rispetto a quelle nelle aree rurali.

Quando molte galassie sono raggruppate insieme possono interagire. E questa interazione può stimolare esplosioni di formazione stellare all'interno di una particolare galassia.

Detto ciò, questo scatto di crescita può essere di breve durata, poiché gas e stelle possono essere strappati via attraverso l'interazione gravitazionale tra più galassie, limitando così la futura formazione e crescita stellare in una singola galassia.

Ma anche se una galassia non può formare stelle, può ancora crescere fondendosi con o consumando galassie più piccole. Per esempio, la Via Lattea un giorno consumerà le nubi di Magellano più piccole, che sono galassie nane. Un giorno si fonderà anche con la galassia di Andromeda, leggermente più grande, per formare una galassia gigante.

Ancora, mentre sono stati condotti molti studi sull'evoluzione delle galassie, non possiamo ancora dire che tutte le nostre domande abbiano avuto risposta.

Ci sono voluti miliardi di anni per formare gli ammassi di galassie che osserviamo oggi. Ma se gli astronomi possono sfruttare le ultime tecnologie e scrutare più lontano che mai, speriamo di ottenere indizi su come l'ambiente di una galassia può influire sulla sua crescita.

La curvatura dello spaziotempo svela i segreti

Con decenni di osservazioni e milioni di galassie catturate nei sondaggi, gli esperti hanno molte teorie su come si formano le galassie, e come si evolve l'universo. Questo campo è chiamato cosmologia.

Grazie ad Albert Einstein, sappiamo che la forza gravitazionale di oggetti massicci nello spazio fa piegare lo spazio. Questo è stato osservato attraverso un fenomeno noto come "lensing, "dove grandi quantità di materia sono concentrate in un'area all'interno di oggetti come i buchi neri, galassie o ammassi di galassie.

La loro gravità distorce lo spaziotempo, fungendo da lente gigante per rivelare immagini deformate di oggetti più distanti dietro di loro. Usando le lenti, gli astronomi hanno sviluppato modi per trovare e studiare galassie lontane che altrimenti sarebbero nascoste alla vista.

Queste osservazioni continuano a guidare la nostra comprensione dell'evoluzione delle galassie. Stanno sfidando le nostre teorie su quando e come si formano e crescono le galassie.

Una scoperta del 2018 fatta da un gruppo di ricercatori, compreso me stesso, ha rivelato un insieme di galassie massicce e già evolute da quando l'universo aveva solo un sesto della sua età attuale. Avrebbero dovuto formarsi e crescere a un ritmo estremamente rapido per adattarsi ai nostri attuali modelli di crescita delle galassie.

In una prossima indagine, Il professor Karl Glazebrook di Swinburne guiderà me e il mio team a diventare alcuni dei primi astronomi a cui è stato concesso l'accesso al telescopio spaziale James Webb della NASA per studiare queste prime galassie.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.