La parabola radiofonica di COMAP all'Osservatorio radiofonico di Owens Valley. Credito:OVRO/Caltech
Circa 400 milioni di anni dopo la nascita del nostro universo, iniziarono a formarsi le prime stelle. I cosiddetti secoli bui dell'universo giunsero al termine e iniziò una nuova era piena di luce. Sempre più galassie iniziarono a prendere forma e fungevano da fabbriche per sfornare nuove stelle, un processo che raggiunse il picco circa 4 miliardi di anni dopo il Big Bang.
Fortunatamente per gli astronomi, questa era passata può essere osservata. La luce lontana richiede tempo per raggiungerci e i nostri telescopi possono captare la luce emessa da galassie e stelle miliardi di anni fa (il nostro universo ha 13,8 miliardi di anni). Ma i dettagli di questo capitolo della storia del nostro universo sono oscuri poiché la maggior parte delle stelle che si stanno formando sono deboli e nascoste dalla polvere.
Un nuovo progetto Caltech, chiamato COMAP (CO Mapping Array Project), ci offrirà un nuovo sguardo su questa epoca di assemblaggio delle galassie, aiutando a rispondere alle domande su cosa abbia realmente causato il rapido aumento della produzione di stelle nell'universo.
"La maggior parte degli strumenti potrebbe vedere la punta di un iceberg quando si osservano le galassie di questo periodo", afferma Kieran Cleary, il principale investigatore del progetto e direttore associato dell'Owens Valley Radio Observatory (OVRO) del Caltech. "Ma COMAP vedrà cosa c'è sotto, nascosto alla vista."
L'attuale fase del progetto utilizza una parabola radiofonica "Leighton" di 10,4 metri presso OVRO per studiare i tipi più comuni di galassie di formazione stellare sparse nello spazio e nel tempo, comprese quelle che sono troppo difficili da vedere in altri modi perché troppo debole o nascosto dalla polvere. Le osservazioni radio tracciano la materia prima da cui sono fatte le stelle:idrogeno gassoso freddo. Questo gas non è facile da individuare direttamente, quindi COMAP misura invece segnali radio luminosi dal monossido di carbonio (CO), che è sempre presente insieme all'idrogeno. La radiocamera COMAP è la più potente mai realizzata per rilevare questi segnali radio.
A sinistra:una simulazione di 2,5 gradi 2 campo che mostra le posizioni delle galassie in grigio (adattato da Kovetz et al. 2017). Centro:mappa simulata dell'intensità della CO dello stesso campo in una fetta di larghezza di banda di 40 MHz, corrispondente a un intervallo di spostamento verso il rosso Δz =0,004. Il VLA impiegherebbe circa 4500 ore per coprire la stessa area, ma rileverebbe solo l'1% delle galassie (mostrate in rosso a sinistra). COMAP, d'altra parte, è sensibile all'emissione aggregata di tutte le galassie nella linea di vista, comprese quelle troppo deboli per essere rilevate individualmente. A destra:uno spettro di potenza rappresentativo per la mappa dell'intensità mostrata nel pannello centrale. Lo spettro è composto da due componenti:una dal raggruppamento di galassie su larga scala e una seconda che deriva dal rumore di scatto indipendente dalla scala, che domina su piccola scala. La regione ombreggiata indica schematicamente le scale a cui il Pathfinder è più sensibile. Credito:The Astrophysical Journal (2022). DOI:10.3847/1538-4357/ac63cc
I primi risultati scientifici del progetto sono stati appena pubblicati in sette articoli su The Astrophysical Journal . Sulla base delle osservazioni effettuate un anno in un'indagine pianificata di cinque anni, COMAP ha fissato limiti superiori alla quantità di gas freddo che deve essere presente nelle galassie nell'epoca in esame, comprese quelle che normalmente sono troppo deboli e polverose per essere viste. Sebbene il progetto non abbia ancora effettuato un rilevamento diretto del segnale di CO, questi primi risultati dimostrano che è sulla buona strada per farlo entro la fine dell'indagine quinquennale iniziale e alla fine disegneranno il quadro più completo mai realizzato della storia dell'universo di formazione stellare.
"Guardando al futuro del progetto, miriamo a utilizzare questa tecnica per guardare sempre più indietro nel tempo", afferma Cleary. "A partire da 4 miliardi di anni dopo il Big Bang, continueremo a spingerci indietro nel tempo fino a raggiungere l'epoca delle prime stelle e galassie, un paio di miliardi di anni prima."
Anthony Readhead, il co-principale investigatore e professore emerito di astronomia Robinson, afferma che il COMAP vedrà non solo la prima epoca delle stelle e delle galassie, ma anche il loro epico declino. "Osserveremo la formazione stellare che sale e scende come una marea oceanica", dice.
COMAP funziona catturando immagini radio sfocate di ammassi di galassie nel tempo cosmico piuttosto che immagini nitide di singole galassie. Questa sfocatura consente agli astronomi di catturare in modo efficiente tutta la luce radio proveniente da un pool più ampio di galassie, anche le più deboli e polverose che non sono mai state viste.
"In questo modo, possiamo trovare le proprietà medie di galassie deboli e tipiche senza la necessità di sapere con precisione dove si trova una singola galassia", spiega Cleary. "È come trovare la temperatura di un grande volume d'acqua usando un termometro piuttosto che analizzare i movimenti delle singole molecole d'acqua."
Un riassunto delle nuove scoperte appare in The Astrophysical Journal . + Esplora ulteriormente
