Osservazioni ai confini dell’universo ~ Un ammasso di galassie riscrive la storia del cosmo

JKCS041 SOVVERTE LA CRONISTORIA DEL COSMO. L’ammasso venuto alla luce anzitempo. È l’ammasso di galassie più lontano mai osservato. Dunque, il più antico. Un record. Ma non è solo un record. Per farci un’idea delle implicazioni della scoperta di Stefano Andreon e di Marc Huertas-Company (dell’INAF-Osservatorio astronomico di Brera il primo, dell’Osservatorio Astronomico di Parigi-Meudon il secondo), proviamo a pensare ai neonati. E a come, pian piano, iniziano a parlare. Cominciano a balbettare le prime parole entro l’anno. Verso i due già sanno comporre qualche frase, chi prima chi dopo. Ogni tanto ce ne sarà certo qualcuno che comincia prima di tutti gli altri, stabilendo un nuovo primato.Ma supponiamo che un lattante, mettiamo un bambino di appena sei mesi, se ne salti fuori con un «mamma, fermiamoci qui, per oggi di latte mi sa che ne ho avuto abbastanza». Rimarremmo costernati. Non rappresenterebbe semplicemente l’abbattimento di un nuovo record: un bambino del genere implicherebbe ripensamenti radicali. Ci costringerebbe a rivedere da zero tutti i modelli a nostra disposizione di neurologia, di linguistica e di psicologia dell’età evolutiva. Com’è possibile che sappia formulare frasi complesse quando ancora dovrebbe essere a mala pena in grado di mettere insieme una semplice sillaba? Ecco, l’ammasso di galassie JKCS041 è un po’ come la frase pronunciata da questo ipotetico bambino prodigio: sovverte i modelli evolutivi di formazione delle galassie. Non dovrebbe esistere, JKCS041. Per lo meno, non in quel punto lì dello spazio-tempo, quando l’universo era ancora in fasce. Non a caso, quando Andreon ha reso nota per la prima volta la precocità incredibile di quest’ammasso di galassie, nell’ottobre del 2009, c’è stato chi ha storto il naso, ipotizzando errori nella misura della sua distanza. Ma Andreon non si è lasciato intimidire, anzi. Insieme al collega Marc Huertas-Company, ha raffinato sempre più le sue osservazioni. E ora, grazie anche al

confronto puntuale con IRC0218A, un ammasso di galassie dalle caratteristiche simili, seppur più recente, Andreon e Huertas-Company sono in grado di dimostrare che avevano ragione. I risultati della loro ricerca, pubblicati sul numero odierno di Astronomy & Astrophysics, non solo confermano la stima del 2009, ma spostano addirittura la lancetta del tempo più indietro di ulteriori centinaia di milioni di anni, collocando JKCS041 in un remoto z = 2.2: dove z sta per la misura del redshift, dunque della distanza, e quel 2.2 significa più o meno 10.6 miliardi di anni addietro. Il metodo seguito da Andreon e Huertas-Company per la calcolare la distanza di JKCS041 si basa sulla misurazione del colore delle galassie che appartengono all’ammasso: più sono rosse, più sono distanti. «Paragonandolo al colore di IRC0218A, un altro ammasso estremamente distante, ma con una misura diretta di distanza, al redshift z = 1.62, risulta evidente che JKCS041 è enormemente più distante», spiega Andreon. E il ridotto margine d’errore della nuova misura lascia ben poco spazio a ulteriori dubbi. L’analisi dei dati raccolti ha riservato una sorpresa: non solo l’ammasso è a una distanza da record, ma la sequenza galassie rosse, molto comuni negli amassi dell’universo locale, era già in bella evidenza in JKCS041 quando l’universo aveva solo 3 miliardi di anni. Eppure, sottolinea Andreon, «stando al paradigma standard di formazione delle galassie, queste galassie non dovrebbero nemmeno esistere, perché dovrebbero formarsi quando l’universo è ben più vecchio». Non solo: «La sequenza di galassie rosse», aggiunge Andreon, «è formata da galassie il cui ultimo episodio di formazione stellare è avvenuto nel loro lontano passato». Peccato che le galassie di JKCS041 non possano avere un “lontano passato”, visto che risalgono a quando l’universo aveva appena 3 miliardi di anni. Insomma, pare sia giunto il momento di iniziare a pensare come riscrivere le prime pagine della storia delle galassie. OSSERVAZIONI AI CONFINI DELL’UNIVERSO. Perché andare sempre più lontano. Ecco dunque rivelato l’ultimo record astronomico: è JKCS041 il più lontano ammasso di galassie scoperto finora, a quasi 11 miliardi di anni luce. Una distanza smisurata,  ottenuta portando al limite estremo la strumentazione scientifica e  sfruttando le tecniche più avanzate disponibili oggi per lo studio dell’Universo. E un risultato ottenuto dopo lunghi periodi di osservazioni e analisi dati, che ha impegnato scienziati e tecnici. Al di là di questo numero, che già da solo può darci l’idea di quanto smisurato sia lo spazio che ci circonda,

perché è così importante spingere le nostre osservazioni sempre più in avanti, alla caccia degli oggetti celesti – siano essi galassie, lampi di raggi gamma o Supernovae – sempre più remoti? Intanto perché guardare a distanze sempre maggiori significa osservare il cosmo e i suoi componenti ad epoche sempre più prossime alla sua genesi. È davvero il caso di dire che la strumentazione astronomica diventa una vera e propria “macchina del tempo” per andare a ritroso, verso quel “Big Bang” da cui si sarebbe formato e poi evoluto l’Universo. Il rapporto tra distanza spaziale e distanza temporale degli oggetti celesti in prima approssimazione è immediata: ad esempio, sapere che JKCS041 dista da noi 10,6 miliardi di anni luce ci dice che quello che osserviamo è l’agglomerato di galassie com’era 10 miliardi e 600 milioni di anni fa. Questo perché la luce ha una velocità finita (300.000 chilometri al secondo) e l’anno luce è proprio la distanza percorsa dalla radiazione luminosa in un anno. Tanto per dare un termine di paragone, si ritiene che il Sole e il Sistema solare abbiamo cominciato a formarsi da una nube di gas e polveri “solo” 5 miliardi di anni fa. Conoscere com’era l’Universo primordiale fornisce quindi agli astronomi e soprattutto ai cosmologi tante preziose informazioni per ricostruire i primi passi della sua evoluzione. E molto spesso le osservazioni mettono in crisi quei modelli teorici che con complesse equazioni e lunghissime elaborazioni numeriche condotte con i più potenti  supercomputer oggi operativi, cercano di descrivere com’era e come si è evoluto l’Universo. Questo è il caso del lavoro condotto su JKCS041, ma anche di altri recentissimi studi. Come quello guidato da Giovanni Cresci dell’INAF e pubblicato su Nature nell’ottobre scorso riguardo ai processi che spiegano come si siano formate le prime galassie nell’universo. Esse si sarebbero accresciute catturando enormi quantità di gas, essenzialmente idrogeno ed elio, presente in regioni di spazio vicine e non, come ritenuto finora, attraverso spettacolari scontri e fusioni tra strutture stellari più piccole. Anche il telescopio spaziale Hubble, per le sue caratteristiche uniche, è stato intensamente utilizzato per indagare gli albori dell’universo, fornendo agli scienziati una lunga serie di fondamentali risultati. L’ultimo in ordine cronologico riguarda la stima dell’abbondanza e le proprietà delle galassie che popolavano l’Universo solo 800 milioni di anni dopo il Big Bang, dunque quasi 13 miliardi di anni fa. Le stelle presenti in queste galassie avrebbero prodotto un intenso flusso di radiazione ultravioletta, responsabile della

cosiddetta re-ionizzazione cosmica che, strappando gli elettroni all’idrogeno primordiale presente nello spazio, lo ha reso “trasparente”, permettendo così alla luce degli oggetti celesti di propagarsi e di giungere fino a noi.E dove non arrivano ancora i telescopi fabbricati dall’uomo, ci pensa la Natura a darci una mano per spingere il nostro sguardo ancor più oltre. In un recentissimo lavoro pubblicato sulla rivista Science, a cui hanno partecipato i ricercatori dell’INAF Gianfranco De Zotti e Sara Buttiglione insieme a Luigi Danese e Joaquin Gonzalez-Nuevo della Sissa-Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati di Trieste, è stato possibile osservare galassie distanti ben 11 miliardi di anni luce grazie al fenomeno della “lente gravitazionale”, predetto dalla Teoria della Relatività Generale di Einstein, secondo la quale qualunque corpo celeste dotato di massa provoca una deflessione dei raggi luminosi che passano nelle sue vicinanze per effetto della sua forza di attrazione gravitazionale. In caso di allineamento tra sorgente luminosa, “lente gravitazionale” e osservatore, la luce della sorgente viene focalizzata, proprio come succede quando si utilizza una lente normale, e la sorgente appare  così molto più luminosa di quanto farebbe se non venisse distorta. Questa sorta di telescopio cosmico ha permesso di studiare anche le proprietà delle galassie che agiscono da lente, come ad esempio la distribuzione della materia luminosa e della materia oscura al loro interno e di scrutare i dettagli delle sorgenti luminose che ne subiscono l’effetto.Osservare e studiare l’Universo primordiale ci permette quindi di conoscere con più precisione come erano le “condizioni iniziali” del cosmo, requisito fondamentale per affinare le simulazioni e le teorie che ne descrivono la sua evoluzione, migliorando così la comprensione di tutti quei fenomeni fisici che hanno lo hanno portato a trasformarsi fino a come è oggi. –  Stefano Andreon, ricercatore presso l’INAF-Osservatorio astronomico di Brera (MI), è il primo autore dell’articolo “Red sequence determination of the redshift of the cluster of galaxies JKCS 041: z ∼ 2:2”, pubblicato su Astronomy & Astrophysics. La ricerca è stata condotta insieme a Marc Huertas-Company, dell’Osservatorio Astronomico di Parigi-Meudon, secondo autore dell’articolo. Fonte: INAF Istituto Nazionale di Astrofisica

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