Per decenni, i telescopi ci hanno aiutato a catturare la luce dalle galassie che si sono formate fino a 400 milioni di anni dopo il big bang, incredibilmente presto nel contesto dei 13,8 miliardi di anni di storia dell'universo. Ma cosa erano le galassie del genere esistite anche prima, quando l'universo era semitrasparente all'inizio di un periodo noto come Era della Reionizzazione? Il prossimo osservatorio ammiraglia della NASA, il James Webb Space Telescope, è pronto ad aggiungere nuove ricchezze al nostro patrimonio di conoscenze non solo catturando immagini da galassie che esistevano già nelle prime centinaia di milioni di anni dopo il big bang, ma anche fornendoci dati dettagliati noti come spettri. Con le osservazioni di Webb, i ricercatori potranno raccontarci per la prima volta la composizione e la composizione delle singole galassie nell'universo primordiale.

Il sondaggio Next Generation Deep Extragalactic Exploratory Public (NGDEEP), guidato da Steven L. Finkelstein, professore associato presso l'Università del Texas ad Austin, prenderà di mira le stesse due regioni che compongono l'Hubble Ultra Deep Field, località nel costellazione di Fornax in cui Hubble ha trascorso più di 11 giorni a fare esposizioni profonde. Per produrre le sue osservazioni, il telescopio spaziale Hubble ha preso di mira le aree vicine del cielo contemporaneamente con due strumenti, leggermente sfalsati l'uno dall'altro, noti come campo primario e campo parallelo. "Abbiamo lo stesso vantaggio con Webb", ha spiegato Finkelstein. "Stiamo usando due strumenti scientifici contemporaneamente e osserveranno continuamente". Indicheranno il Near-Infrared Imager e lo spettrografo Slitless (NIRISS) di Webb sul campo ultra profondo di Hubble e la NIRCam (Near-Infrared Camera) di Webb sul campo parallelo, ottenendo il doppio del loro "sacco" di tempo del telescopio.

Per l'imaging con NIRCam, osserveranno per oltre 125 ore. Con ogni minuto che passa, otterranno sempre più informazioni da sempre più in profondità nell'universo. Cosa cercano? Alcune delle prime galassie che si sono formate. "Abbiamo ottime indicazioni da Hubble che ci sono galassie in atto in un momento 400 milioni di anni dopo il big bang", ha detto Finkelstein. "Quelle che vediamo con Hubble sono piuttosto grandi e molto luminose. È molto probabile che ci siano galassie più piccole e più deboli che si sono formate anche prima e che aspettano di essere trovate."

Questo programma utilizzerà solo circa un terzo del tempo che Hubble ha dedicato fino ad oggi in indagini simili. Come mai? In parte, ciò è dovuto al fatto che gli strumenti di Webb sono stati progettati per catturare la luce infrarossa. Mentre la luce viaggia attraverso lo spazio verso di noi, si estende verso lunghezze d'onda più lunghe e più rosse a causa dell'espansione dell'universo. "Webb ci aiuterà a superare tutti i limiti", ha affermato Jennifer Lotz, co-investigatrice della proposta e direttrice del Gemini Observatory, parte del NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) della National Science Foundation. "E rilasceremo immediatamente i dati a beneficio di tutti i ricercatori."

Questi ricercatori si concentreranno anche sull'identificazione del contenuto di metallo in ciascuna galassia, specialmente nelle galassie più piccole e deboli che non sono state ancora esaminate a fondo, in particolare con gli spettri forniti dallo strumento NIRISS di Webb. "Uno dei modi fondamentali per tracciare l'evoluzione nel tempo cosmico è la quantità di metalli che si trovano in una galassia", ha spiegato Danielle Berg, assistente professore presso l'Università del Texas ad Austin e co-investigatrice della proposta. Quando l'universo iniziò, c'erano solo idrogeno ed elio. Nuovi elementi sono stati formati da generazioni successive di stelle. Catalogando i contenuti di ciascuna galassia, i ricercatori saranno in grado di tracciare con precisione quando esistevano vari elementi e aggiornare i modelli che proiettano l'evoluzione delle galassie nell'universo primordiale.

Staccare i nuovi livelli

Un altro programma, guidato da Michael Maseda, un assistente professore presso l'Università del Wisconsin-Madison, esaminerà il campo primario Hubble Ultra Deep utilizzando l'array di microshutter all'interno del Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) di Webb. Questo strumento restituisce spettri per oggetti specifici a seconda di quali otturatori in miniatura i ricercatori aprono. "Queste galassie sono esistite durante il primo miliardo di anni nella storia dell'universo, di cui abbiamo pochissime informazioni fino ad oggi", ha spiegato Maseda. "Webb fornirà il primo grande campione che ci darà la possibilità di comprenderli in dettaglio."

Sappiamo che queste galassie esistono a causa delle ampie osservazioni che questo team ha fatto, insieme a un team di ricerca internazionale, con lo strumento Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) del Very Large Telescope a terra. Sebbene MUSE sia lo "scout", che identifica le galassie più piccole e più deboli in questo campo profondo, Webb sarà il primo telescopio a caratterizzare completamente le loro composizioni chimiche.

Queste galassie estremamente distanti hanno importanti implicazioni per la nostra comprensione di come si sono formate le galassie nell'universo primordiale. "Webb aprirà un nuovo spazio per la scoperta", ha spiegato Anna Feltre, ricercatrice presso l'Istituto Nazionale di Astrofisica in Italia e co-ricercatrice. "I suoi dati ci aiuteranno a capire esattamente cosa succede quando si forma una galassia, compresi i metalli che contengono, la velocità con cui crescono e se hanno già buchi neri".

Questa ricerca sarà condotta nell'ambito dei programmi General Observer (GO) di Webb, selezionati in modo competitivo utilizzando una doppia revisione anonima, lo stesso sistema utilizzato per allocare il tempo sul telescopio spaziale Hubble. + Esplora ulteriormente

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