Questa immagine di Hubble presenta quattro delle migliaia di galassie che si trovano all'interno del campo ultra profondo di Hubble. Tutte le galassie evidenziate mostrano evidenza di una vigorosa formazione stellare (regioni blu piene di giovani stelle calde). Nei riquadri a destra viene visualizzato lo spettro del vicino infrarosso di ciascuna galassia. Esaminando lo spettro di una galassia, puoi conoscere l'età delle sue stelle, la sua storia di formazione stellare, quanti elementi chimici pesanti contiene e altro ancora. Entrando in funzione nel 2027, il Nancy Grace Roman Space Telescope sarà in grado di raccogliere spettri per ogni oggetto nel suo campo visivo, che è oltre 100 volte più grande di quello di Hubble. Di conseguenza, consentirà studi di galassie rare di un periodo noto come "mezzogiorno cosmico", quando molte galassie hanno subito scatti di crescita. Credito:Scienza:NASA, ESA, Casey Papovich (TAMU); Elaborazione immagini:Alyssa Pagan (STScI)
Nel selvaggio West americano, mezzogiorno era un momento di duelli e resa dei conti. Quando si tratta della storia dell'universo, il mezzogiorno cosmico presentava fuochi d'artificio di tipo diverso. Circa 2-3 miliardi di anni dopo il big bang, la maggior parte delle galassie ha attraversato uno scatto di crescita, formando stelle a una velocità centinaia di volte superiore a quella che vediamo oggi nella nostra galassia, la Via Lattea. Quando verrà lanciato entro maggio 2027, il Nancy Grace Roman Space Telescope della NASA promette di portare nuove informazioni sul periodo d'oro della formazione stellare.
Il mezzogiorno cosmico è un momento importante nella storia dell'universo perché ha plasmato come sono oggi le galassie. Ma molte domande restano senza risposta. Perché la formazione stellare ha raggiunto il picco e poi è diminuita? Perché alcune galassie hanno improvvisamente smesso di formare stelle mentre altre si sono affievolite gradualmente? Quanto sono state importanti le influenze locali come il numero di vicini galattici nel plasmare questa evoluzione?
Per rispondere a queste domande, gli astronomi hanno bisogno di un abbondante campione di galassie di quel periodo da studiare. Il potere di Roman risiederà nella sua capacità di catturare migliaia di oggetti di interesse in un'unica vista. Con un sondaggio così ampio, gli scienziati non dovranno scegliere in anticipo i loro obiettivi preferiti, il che può portare a pregiudizi involontari.
"Con un campo visivo 100 volte più ampio del telescopio spaziale Hubble, Roman può cambiare il paesaggio astronomico essendo così efficiente", ha affermato Kate Whitaker, assistente professore di astronomia presso l'Università del Massachusetts ad Amherst. La ricerca di Whitaker si concentra sullo studio della regolazione della formazione stellare e dell'estinzione nelle galassie massicce nell'universo primordiale.
L'ampio campo visivo di Roman consentirà inoltre agli astronomi di contestualizzare le singole galassie osservando come i loro scatti di crescita e i successivi rallentamenti variano a seconda della loro posizione all'interno della "rete" cosmica, la struttura su larga scala dell'universo.
"Fai un'immagine e ottieni tutto. Vedremo quali e dove sono gli oggetti interessanti", ha affermato Casey Papovich, professore di astronomia alla Texas A&M University di College Station, in Texas. La ricerca di Papovich include la quantificazione della crescita e dell'assemblaggio della massa stellare nelle galassie nell'universo primordiale.
Andare oltre le immagini
Mentre le immagini possono aiutare gli astronomi a individuare le galassie di interesse, molte più informazioni possono essere raccolte diffondendo la luce di una galassia in uno spettro. Papovich, con Vicente (Vince) Estrada-Carpenter della St. Mary's University di San Antonio, in Texas, e i loro colleghi, ha sperimentato una tecnica per estrarre la luce da tutte le stelle in una galassia combinate.
Esaminando lo spettro di una galassia puoi conoscere l'età delle sue stelle, la sua storia di formazione stellare, quanti elementi chimici pesanti contiene e altro ancora. In questo modo per un gran numero di prime galassie, gli astronomi possono conoscere i processi che hanno guidato e alla fine hanno posto fine a questo periodo di rapida crescita.
Il potere di Roman può essere ulteriormente potenziato osservando galassie lontane la cui luce è stata distorta da un fenomeno chiamato lente gravitazionale. La gravità di un ammasso di galassie intermedio può ingrandire e illuminare la luce di una galassia più lontana, consentendo agli astronomi di studiare la galassia di fondo in modo più dettagliato di quanto sarebbe altrimenti disponibile.
Whitaker sta già utilizzando questa tecnica con Hubble per studiare i nuclei di giovani galassie rispetto alla loro periferia. Questo lavoro cerca di determinare se la formazione stellare si interrompe dall'esterno verso l'interno o dall'interno, ovvero dalla periferia della galassia al suo centro o viceversa.
"L'estinzione della galassia, una fine improvvisa della formazione stellare, può essere un processo veloce su scale temporali cosmologiche. Di conseguenza, coglierne una sul fatto è difficile perché sono così rari", ha detto Whitaker. "Roman ci aiuterà a trovare quei rari esempi."
Mentre la visione spaziale di Roman fornirà un'eccellente nitidezza e stabilità, anche gli osservatori a terra entreranno in gioco nello studio del mezzogiorno cosmico. Ad esempio, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array può misurare il contenuto di gas e polvere di galassie lontane. E i futuri telescopi di classe 30 metri saranno in grado di misurare dettagli squisiti negli spettri delle galassie grazie alla loro capacità di raccogliere molta luce.
"Gli osservatori romani e quelli a terra si completeranno a vicenda. Roman identificherà e caratterizzerà da solo ed efficientemente le galassie più interessanti in ampi campi di vista. Possiamo quindi tornare indietro con i telescopi terrestri per studiarle in modo più dettagliato", ha spiegato Papovich. + Esplora ulteriormente
