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Un diario di cose celesti

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Hubble Ultra Deep Field 2012

12 Dec 2012 11:36 PM – Michele Diodati

Spingendo fino ai limiti massimi le capacità del telescopio spaziale Hubble, un gruppo di ricercatori ha ottenuto un'immagine profonda di una piccola regione di cielo, nella quale appaiono sette candidate galassie con redshift tra 8,6 e 11,9, risalenti fino all'epoca della reionizzazione.

La posizione delle sette candidate galassie con redshift > 8,5 scoperte nello HUDF 2012. Cortesia: NASA, ESA, R. Ellis e HUDF 2012 Team

La posizione delle sette candidate galassie con redshift > 8,5 scoperte nello HUDF 2012. Cortesia: NASA, ESA, R. Ellis e HUDF 2012 Team

Una delle questioni fondamentali della cosmologia contemporanea è trovare prove osservative a sostegno del meccanismo teorico ipotizzato per spiegare la cosiddetta reionizzazione, una fase primordiale nella storia dell'universo, in cui si pensa che la radiazione ultravioletta emessa dalle prime galassie abbia ionizzato l'idrogeno neutro, il principale costituente materiale dell'universo, trasformandolo in un plasma.

La potenza del telescopio spaziale Hubble è stata spinta fino al limite massimo in una serie di osservazioni compiute nel corso di più anni sulla medesima, piccolissima zona di cielo, con lo scopo, tra gli altri, di scoprire galassie o proto-galassie sufficientemente antiche, in grado di gettare luce – è il caso di dirlo – sull'epoca della reionizzazione.

Tali osservazioni profonde sono chiamate con la sigla HUDF, acronimo di Hubble Ultra Deep Field. Ad agosto e settembre 2012 il campo dei precedenti HUDF è stato nuovamente osservato con una serie di filtri nell'infrarosso, aumentando così notevolmente il tempo di esposizione complessivo e la probabilità di osservare oggetti risalenti a un tempo sempre più vicino al Big Bang. Quest'ultima versione del progetto prende il nome di HUDF2012 e ha un sito web dedicato, nelle cui pagine si può trovare un'articolata spiegazione dell'importanza di una simile ricerca:

Le questioni che motivano questi studi sono fondamentali. In qualche momento nei 600 milioni di anni tra un redshift z = 20 e uno z = 7, l'universo attraversò una fase di transizione, in cui l'idrogeno neutro creato all'epoca della ricombinazione fu reionizzato. Questa 'reionizzazione cosmica' rende l'universo trasparente ai fotoni ultravioletti (UV) ed è una pietra miliare nella storia cosmica altrettanto significativa quanto il disaccoppiamento tra la materia e la radiazione, rivelato dal fondo a microonde. La reionizzazione richiese una fonte sostenuta di fotoni ionizzanti e la spiegazione popolarmente accettata è che essa fu prodotta da fotoni energetici, emessi dalle prima generazione di galassie ad alto tasso di formazione stellare. Il programma UDF12 è motivato dalla convinzione che osservazioni attentamente pianificate con la WFC3 nell'infrarosso, appoggiate sul precedente investimento del telescopio spaziale Hubble nello HUDF, possa fornire un importante banco di prova per questa ipotesi.

Secondo il modello cosmologico attualmente accettato, la cosiddetta età oscura dell'universo finì quando cominciarono a formarsi le prime, massicce stelle di popolazione III, aggregate in proto-galassie dall'alto ritmo di formazione stellare. È a queste antichissime progenitrici delle odierne galassie che punta la ricerca alla base del progetto HUDF2012.

Il gruppo di ricercatori, guidato da Richard Ellis del Caltech, Brant Robertson dell'Università dell'Arizona, James Dunlop e Ross McLure dell'Università di Edimburgo, ha individuato nelle nuove immagini profonde, prodotte da Hubble nei diversi filtri utilizzati, sette candidate galassie con spostamenti verso il rosso (redshift) tra 8,6 e 11,9, corrispondenti a un'età dell'universo compresa tra 600 e 380 milioni di anni dopo il Big Bang.

Delle candidate galassie proposte in precedenti versioni dello HUDF, l'unica confermata nello studio del 2012 è UDFj-39546284, alla quale era stato attribuito nel 2011 un redshift intorno a 10. Ma nell'ultima osservazione, usando il filtro a 1400 nm l'immagine di questa galassia non appare. È invece visibile con un filtro a 1600 nm, di maggiore lunghezza d'onda. Ciò suggerisce che sia ancora più distante di quanto precedentemente ipotizzato. Con un redshift di 11,9 sarebbe in effetti l'oggetto più distante, nel tempo e nello spazio, mai osservato. Esiste tuttavia una remota possibilità, allo stato attuale non eliminabile, che sia invece una galassia molto più vicina, mai vista prima, con redshift compreso tra 2 e 3, caratterizzata da righe di emissione estremamente inusuali. Occorrerà attendere il 2018, cioè il lancio del successore di Hubble, il telescopio spaziale James Webb, per sperare di risolvere il dubbio.

Lo Hubble Deep Field 2012. La regione di cielo osservata è nella costellazione della Fornace e misura 2,25 arcominuti di lato. L'immagine non è solo importante per la ricerca in campo cosmologico, ma è spettacolare di per sé per l'incredibile quantità di galassie, di ogni forma e colore, in essa visibili. Le immagini successive sono ritagli dell'immagine complessiva, ordinati dall'alto in basso e da sinistra a destra. Consentono di ammirare nel dettaglio questa "pioggia" di galassie. Cortesia: NASA, ESA, R. Ellis e HUDF 2012 Team

Lo Hubble Deep Field 2012. La regione di cielo osservata è nella costellazione della Fornace e misura 2,25 arcominuti di lato. L'immagine non è solo importante per la ricerca in campo cosmologico, ma è spettacolare di per sé per l'incredibile quantità di galassie, di ogni forma e colore, in essa visibili. Le immagini successive sono ritagli dell'immagine complessiva, ordinati dall'alto in basso e da sinistra a destra. Consentono di ammirare nel dettaglio questa "pioggia" di galassie. Cortesia: NASA, ESA, R. Ellis e HUDF 2012 Team

Hubble Ultra Deep Field 2012
Hubble Ultra Deep Field 2012
Hubble Ultra Deep Field 2012
Hubble Ultra Deep Field 2012
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Riferimenti

Tag: redshift, reionizzazione, cosmologia, telescopio spaziale hubble, HUDF2012, UDFj-39546284, articoli, gallerie

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