Circa 400.000 anni dopo il Big Bang, il cosmo era un luogo molto oscuro. Il bagliore della nascita esplosiva dell'universo si era raffreddato e lo spazio era pieno di gas denso, principalmente idrogeno, senza fonti di luce.
Lentamente, nel corso di centinaia di milioni di anni, il gas è stato attirato in grumi dalla gravità e, alla fine, i grumi sono diventati abbastanza grandi da accendersi. Queste furono le prime stelle.
All'inizio la loro luce non viaggiava lontano, poiché gran parte di essa veniva assorbita da una nebbia di gas idrogeno. Tuttavia, man mano che si formavano sempre più stelle, producevano abbastanza luce da bruciare la nebbia "reionizzando" il gas, creando l'universo trasparente punteggiato di punti di luce brillanti che vediamo oggi.
Ma esattamente quali stelle hanno prodotto la luce che ha posto fine ai secoli bui e ha dato il via alla cosiddetta “epoca della reionizzazione”? Nella ricerca pubblicata su Nature, abbiamo utilizzato un gigantesco ammasso di galassie come lente d'ingrandimento per osservare le deboli reliquie di questo periodo e abbiamo scoperto che le stelle nelle piccole e deboli galassie nane erano probabilmente responsabili di questa trasformazione su scala cosmica.
La maggior parte degli astronomi concordava già sul fatto che le galassie fossero la forza principale nella reionizzazione dell'universo, ma non era chiaro come lo facessero. Sappiamo che le stelle nelle galassie dovrebbero produrre molti fotoni ionizzanti, ma questi fotoni devono sfuggire alla polvere e al gas all'interno della loro stessa galassia per ionizzare l'idrogeno nello spazio tra le galassie.
Non è chiaro che tipo di galassie sarebbero in grado di produrre ed emettere abbastanza fotoni per portare a termine il lavoro. (E in effetti, c'è chi pensa che oggetti più esotici come i grandi buchi neri potrebbero essere stati responsabili.)
Ci sono due schieramenti tra i sostenitori della teoria della galassia.
Il primo ritiene che i fotoni ionizzanti siano stati prodotti da galassie enormi e massicce. Non c'erano molte di queste galassie nell'universo primordiale, ma ognuna produceva molta luce. Quindi, se una certa frazione di quella luce fosse riuscita a fuggire, sarebbe stata sufficiente a reionizzare l'universo.
Il secondo gruppo ritiene che sia meglio ignorare le galassie giganti e concentrarsi sull’enorme numero di galassie molto più piccole presenti nell’universo primordiale. Ognuno di questi avrebbe prodotto molta meno luce ionizzante, ma con il peso del loro numero avrebbero potuto guidare l'epoca della reionizzazione.
Una lente d'ingrandimento larga 4 milioni di anni luce
Cercare di osservare qualsiasi cosa nell'universo primordiale è molto difficile. Le galassie massicce sono rare, quindi difficili da trovare. Le galassie più piccole sono più comuni, ma sono molto deboli, il che rende difficile (e costoso) ottenere dati di alta qualità.
Volevamo dare un'occhiata ad alcune delle galassie più deboli in circolazione, quindi abbiamo utilizzato un enorme gruppo di galassie chiamato Ammasso di Pandora come lente d'ingrandimento. L'enorme massa dell'ammasso distorce lo spazio e il tempo, amplificando la luce degli oggetti dietro di esso.
Nell'ambito del programma UNCOVER, abbiamo utilizzato il telescopio spaziale James Webb per osservare immagini a infrarossi ingrandite di deboli galassie dietro l'ammasso di Pandora.
Abbiamo prima osservato molte galassie diverse, poi ne abbiamo scelte alcune particolarmente distanti (e quindi antiche) per esaminarle più da vicino. (Questo tipo di esame ravvicinato è costoso, quindi potremmo osservare solo otto galassie in modo più dettagliato.)
Abbiamo selezionato alcune fonti che a quel tempo corrispondevano a circa lo 0,5% della luminosità della nostra galassia, la Via Lattea, e abbiamo controllato il bagliore rivelatore dell’idrogeno ionizzato. Queste galassie sono così deboli che erano visibili solo grazie all'effetto di ingrandimento dell'Ammasso di Pandora.
Le nostre osservazioni hanno confermato che queste piccole galassie esistevano nell’universo primordiale. Inoltre, abbiamo confermato che producono circa quattro volte più luce ionizzante di quanto considereremmo "normale". Questo è il livello più alto di quanto avevamo previsto, in base alla nostra comprensione di come si formarono le prime stelle.
Poiché queste galassie producevano così tanta luce ionizzante, solo una piccola frazione di essa avrebbe dovuto fuoriuscire per reionizzare l'universo.
In precedenza, avevamo pensato che circa il 20% di tutti i fotoni ionizzanti avrebbe dovuto fuggire da queste galassie più piccole se avessero voluto contribuire in modo dominante alla reionizzazione. I nostri nuovi dati suggeriscono che anche il 5% sarebbe sufficiente, ovvero circa la frazione di fotoni ionizzanti che vediamo fuggire dalle galassie moderne.
Quindi ora possiamo affermare con sicurezza che queste galassie più piccole potrebbero aver svolto un ruolo molto importante nell’epoca della reionizzazione. Tuttavia, il nostro studio si è basato solo su otto galassie, tutte vicine ad un’unica linea di vista. Per confermare i nostri risultati, dovremo osservare diverse parti del cielo.
Abbiamo in programma nuove osservazioni che prenderanno di mira altri grandi ammassi di galassie altrove nell'universo per trovare galassie ancora più ingrandite e deboli da testare. Se tutto andrà bene, avremo delle risposte tra qualche anno.
Fornito da The Conversation
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale. 
