Quando gli astronomi hanno usato il JWST per guardare una galassia a più di 12 miliardi di anni luce di distanza, stavano anche guardando indietro nel tempo. E quando hanno trovato molecole organiche in quella galassia lontana, le hanno trovate nell’Universo primordiale.

Le molecole organiche si trovano solitamente dove si stanno formando le stelle, ma in questo caso non lo sono.

Le molecole organiche sono idrocarburi policiclici aromatici (IPA) che gli scienziati ritengono siano elementi costitutivi della vita. Si presentano naturalmente qui sulla Terra come sottoprodotti della combustione. Sono anche prevalenti nel mezzo interstellare (ISM), la materia e la radiazione tra le stelle. Indicano regioni di gas freddo da cui si formano le stelle.

Rimuovi tutti gli annunci su Universe Today

Unisciti al nostro Patreon per soli $ 3!

Ottieni l’esperienza senza pubblicità per tutta la vita

Trovare PAH in una lontana galassia antica richiedeva tecnologia avanzata, abilità e un po’ di fortuna fortuita. Il JWST ha fornito alla tecnologia le sue acute capacità di osservazione a infrarossi e una galassia in primo piano a soli 3 miliardi di anni luce di distanza allineata con la galassia lontana ha fornito la fortuna. È allineato nel modo giusto e funge da lente gravitazionale, amplificando la luce proveniente dalla galassia lontana.

“Scoperte come questa sono esattamente ciò per cui Webb è stato creato: comprendere le prime fasi dell’universo in modi nuovi ed entusiasmanti”.

Kedar Phadke, Università dell’Illinois

La lontana galassia si chiama SPT0418-47. Non solo è a 12 miliardi di anni luce di distanza, ma gli astronomi stanno vedendo la luce che emetteva quando l’Universo aveva solo il 10% della sua età attuale, circa 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang.

L’antica luce di SPT0418-47 forma un anello attorno alla galassia in primo piano chiamato anello di Einstein. Einstein ha predetto questi anelli nella sua teoria della relatività generale. Con la luce amplificata, il potente JWST l’ha esaminata con il suo Mid-Infrared Instrument (MIRI).

La galassia osservata da Webb mostra un anello di Einstein causato da un fenomeno noto come lensing, che si verifica quando due galassie sono quasi perfettamente allineate dalla nostra prospettiva sulla Terra.  La gravità della galassia in primo piano provoca la distorsione e l'ingrandimento della luce della galassia sullo sfondo, come se si guardasse attraverso lo stelo di un bicchiere di vino.  Poiché sono ingrandite, le lenti consentono agli astronomi di studiare galassie molto distanti in modo più dettagliato di quanto altrimenti possibile.  Credito immagine: S. Doyle / J. Spilker
La galassia osservata da Webb mostra un anello di Einstein causato da un fenomeno noto come lensing, che si verifica quando due galassie sono quasi perfettamente allineate dalla nostra prospettiva sulla Terra. La gravità della galassia in primo piano fa sì che la luce della galassia sullo sfondo venga ingrandita, come se si guardasse attraverso lo stelo di un bicchiere di vino. Poiché sono ingrandite, le lenti consentono agli astronomi di studiare galassie molto distanti in modo più dettagliato di quanto altrimenti possibile. Credito immagine: S. Doyle / J. Spilker

I ricercatori che hanno scoperto gli IPA provengono da diverse istituzioni del Nord e del Sud America e dell’Europa. Hanno presentato le loro scoperte in un articolo su Nature intitolato “Variazioni spaziali nell’emissione di idrocarburi aromatici in una galassia ricca di polvere”. L’autore principale è Justin Spilker del Dipartimento di Fisica e Astronomia della Texas A&M University.

“Combinando le straordinarie capacità di Webb con una ‘lente d’ingrandimento cosmica’ naturale, siamo stati in grado di vedere ancora più dettagli di quanto avremmo potuto altrimenti”, ha affermato l’autore principale Spilker. “Quel livello di ingrandimento è in realtà ciò che ci ha fatto interessare a guardare questa galassia con Webb in primo luogo perché ci permette davvero di vedere tutti i ricchi dettagli di ciò che compone una galassia nell’universo primordiale che altrimenti non avremmo mai potuto vedere”.

Esistono diversi tipi di IPA, ma una cosa che hanno in comune è la dimensione. Anche il più semplice, il naftalene, ha 10 atomi di carbonio e 8 atomi di idrogeno. Quelli più grandi possono avere 50 atomi di carbonio.

“Queste grandi molecole sono in realtà piuttosto comuni nello spazio”, ha spiegato Spilker. “Gli astronomi pensavano che fossero un buon segno della formazione di nuove stelle. Ovunque si vedessero queste molecole, c’erano anche piccole stelle che brillavano”.

Gli IPA sono stati a lungo associati alla nascita delle stelle. Gli astronomi li hanno trovati nelle regioni di nascita stellare attiva in diverse parti della Via Lattea. Hanno anche individuato le grandi molecole vicino a giovani stelle luminose.

Orione è la regione di formazione stellare più vicina alla Terra e questa immagine mostra la regione di Barnard 30 in Orione.  Le stelle in questa regione sono giovani, hanno solo circa 2 o 3 milioni di anni.  Gli IPA sono abbondanti, visti come rosso scuro in basso a sinistra e in basso al centro.  Credito immagine: NASA/JPL-Caltech
Orione è la regione di formazione stellare più vicina alla Terra e questa immagine mostra la regione di Barnard 30 in Orione. Le stelle in questa regione sono giovani, hanno solo circa 2 o 3 milioni di anni. Gli IPA sono abbondanti, visti come rosso scuro in basso a sinistra e in basso al centro. Credito immagine: NASA/JPL-Caltech

Ma in questo caso, l’antica galassia contiene abbondanti IPA in assenza di formazione stellare e formazione stellare in assenza di IPA.

“Grazie alle immagini ad alta definizione di Webb, abbiamo trovato molte regioni con fumo ma nessuna formazione stellare e altre con nuove stelle in formazione ma senza fumo”, ha detto Spilker.

Qualcosa sta accadendo nel lontano, antico SPT0418-47 che ha bisogno di un ripensamento. Il legame tra IPA e formazione stellare non è così forte come si pensava. O comunque non nell’Universo primordiale.

Gli astronomi non possono raggiungere una conclusione basata sulle osservazioni di una galassia. La discrepanza tra la presenza di IPA e la formazione stellare può essere compresa solo con più osservazioni. Gli astronomi possono fare affidamento sul JWST per fornire di più.

“Scoperte come questa sono esattamente ciò per cui Webb è stato creato: comprendere le prime fasi dell’universo in modi nuovi ed entusiasmanti”, ha affermato Kedar Phadke, studente laureato dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign, che ha guidato lo sviluppo tecnico delle osservazioni Webb del team. . “È incredibile poter identificare molecole a miliardi di anni luce di distanza che conosciamo qui sulla Terra, anche se si presentano in modi che non ci piacciono, come lo smog e il fumo. È anche una potente affermazione sulle incredibili capacità di Webb che non abbiamo mai avuto prima”.

Ci sono volute alcune indagini per distinguere tra la luce infrarossa degli IPA e quella dei granelli di polvere più grandi. I granelli di polvere assorbono circa la metà della radiazione dalle stelle nel corso della storia dell’Universo e la emettono come luce infrarossa. Tutta quella luce infrarossa proveniente dalla semplice polvere può offuscare l’immagine delle prime galassie.

Joaquin Vieira è un professore di astronomia e fisica presso l’Università dell’Illinois Urbana-Champaign e faceva parte del gruppo di ricerca. “Questo progetto è iniziato quando frequentavo la scuola di specializzazione studiando galassie molto distanti e difficili da rilevare, oscurate dalla polvere”, ha detto Vieira. “I granelli di polvere assorbono e riemettono circa la metà della radiazione stellare prodotta nell’universo, rendendo la luce infrarossa proveniente da oggetti distanti estremamente debole o non rilevabile attraverso i telescopi terrestri”.

Prima del lancio del JWST, non c’era modo di osservare davvero queste antiche galassie. Invece, gli astronomi si sono accontentati di quelle che sono note come galassie nane compatte luminose (BCD). Queste piccole galassie sono simili alle piccole galassie che gli astronomi pensavano fossero comuni nell’Universo primordiale. Molti ricercatori pensano che la nostra galassia e altre simili siano cresciute così tanto grazie alle fusioni che coinvolgono i BCD. Alcuni BCD consentivano la creazione di IPA, ma anche le giovani stelle che brillano intensamente nell’UV potrebbero distruggere gli IPA.

I BCD venivano usati come controfigure per antiche galassie e, sebbene le osservazioni fossero allettanti, c’erano sempre delle domande. Tuttavia, quelle prime galassie erano fuori portata.

La concezione di questo artista rappresenta simbolicamente molecole organiche complesse, conosciute come idrocarburi aromatici policiclici, viste nell'universo primordiale.  Queste grandi molecole, costituite da carbonio e idrogeno, sono considerate tra i mattoni della vita.  Il telescopio spaziale Spitzer della NASA ha rilevato queste molecole nelle galassie quando il nostro universo aveva circa 3,5 miliardi di anni.  Ora il JWST li ha trovati ancora più indietro nel tempo.  Credito immagine: NASA/JPL-Caltech/T.  Pyle (SSC)
La concezione di questo artista rappresenta simbolicamente molecole organiche complesse, conosciute come idrocarburi aromatici policiclici, viste nell’universo primordiale. Queste grandi molecole, costituite da carbonio e idrogeno, sono considerate tra i mattoni della vita. Il telescopio spaziale Spitzer della NASA ha rilevato queste molecole nelle galassie quando il nostro universo aveva circa 3,5 miliardi di anni. Ora il JWST li ha trovati ancora più indietro nel tempo. Credito immagine: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC)

Ma il formidabile potere di osservazione a infrarossi del JWST ha cambiato le cose. Se combinato con la lente gravitazionale, l’immagine di oggetti distanti diventa più chiara.

“Non ce lo aspettavamo”, ha detto Vieira. “Rilevare queste molecole organiche complesse a una distanza così vasta sta cambiando il gioco per quanto riguarda le osservazioni future. Questo lavoro è solo il primo passo e solo ora stiamo imparando come usarlo e apprenderne le capacità. Siamo molto entusiasti di vedere come andrà a finire”.

Poiché gli IPA contengono carbonio, gli astronomi pensano che possano esistere solo dopo che generazioni di stelle sono vissute e sono morte. Gli elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio non sono stati creati dal Big Bang. Solo la nucleosintesi stellare può crearli. Una volta creati nelle stelle, si diffondono nell’Universo quando la stella “muore”.

“Ciò che questa ricerca ci sta dicendo in questo momento e che stiamo ancora imparando è che possiamo vedere tutte le regioni in cui si trovano questi granelli di polvere più piccoli, regioni che non avremmo mai potuto vedere prima del JWST”, ha detto Phadke. «I nuovi dati spettroscopici ci consentono di osservare la composizione atomica e molecolare della galassia, fornendo informazioni molto importanti sulla formazione delle galassie, sul loro ciclo di vita e su come si evolvono».

Non c’è ancora alcuna spiegazione del perché gli IPA siano visti in assenza di formazione stellare e viceversa. Se le osservazioni di altre antiche galassie mostrano la stessa cosa, allora gli astronomi sono su qualcosa.

Queste nuove osservazioni del JWST provengono da TEMPLATES, un programma scientifico a rilascio anticipato. TEMPLATES sta per Targeting Extremely Magnified Panchromatic Lensed Arcs e la loro formazione di stelle estese. “L’ingrandimento della lente spinge JWST alle più alte risoluzioni spaziali possibili a questi spostamenti verso il rosso”, ha scritto il team di TEMPLATES, “per mappare la diagnostica spettrale chiave della formazione stellare e dell’estinzione della polvere: H-alfa, Pa-alfa e 3,3um PAH all’interno di individui distanti galassie”.

TEMPLATES presenta osservazioni di quattro galassie, tutte attraverso lenti gravitazionali. Due delle quattro galassie sono estremamente polverose e i telescopi come l’Hubble non possono vedere al loro interno. Ma il JWST può perforare il velo polveroso e mappare la polvere. In questo modo, ha trovato gli IPA e possibilmente nuovi aspetti della formazione stellare prevalenti nell’Universo primordiale.

“Questi sono i primi giorni per il telescopio Webb, quindi gli astronomi sono entusiasti di vedere tutte le nuove cose che può fare per noi”, ha detto Spilker. “Rilevare il fumo in una galassia all’inizio della storia dell’universo? Webb lo fa sembrare facile. Ora che abbiamo dimostrato che ciò è possibile per la prima volta, non vediamo l’ora di provare a capire se è proprio vero che dove c’è fumo c’è fuoco. Forse riusciremo persino a trovare galassie così giovani che molecole complesse come queste non hanno ancora avuto il tempo di formarsi nel vuoto dello spazio, quindi le galassie sono tutte fuoco e niente fumo. L’unico modo per saperlo con certezza è guardare più galassie, si spera anche più lontane di questa».

Di più:

#JWST #vede #molecole #organiche #ridicolmente #lontane

By admin

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *