Secondo i dati dei telescopi spaziali Hubble e James Webb, le origini dei fotoni in volo libero all’alba cosmica erano piccole galassie nane che si sono illuminate, diradando la nebbia di idrogeno torbido che riempiva lo spazio intergalattico e dando vita alla reionizzazione dell’Universo.
Il ruolo dei fotoni nella reionizzazione dell’Universo
“Questa scoperta svela il ruolo cruciale svolto dalle galassie ultra-deboli nell’evoluzione dell’Universo primordiale“, ha affermato l’astrofisica Iryna Chemerynska dell’Institut d’Astrophysique de Paris: “Producono fotoni ionizzanti che trasformano l’idrogeno neutro in plasma ionizzato durante la reionizzazione dell’Universo.. Questo sottolinea l’importanza di comprendere le galassie di piccola massa nel plasmare la storia dell’Universo”.
All’inizio dell’Universo, a pochi minuti dal Big Bang, lo Spazio era riempito da una nebbia calda e densa di plasma ionizzato. La poca luce che c’era non avrebbe penetrato questa nebbia, i fotoni si sarebbero semplicemente dispersi dagli elettroni liberi che fluttuavano intorno, rendendo di fatto l’Universo buio.
Con il raffreddamento dell’Universo, durato circa 300.000 anni, protoni ed elettroni cominciarono a unirsi per formare gas idrogeno neutro e un po’ di elio.
Lo studio
Quelle prime stelle emettevano radiazioni abbastanza forti da staccare gli elettroni dai loro nuclei e reionizzare il gas. A questo punto, tuttavia, l’Universo si era espanso così tanto che il gas era diffuso e non poteva impedire alla luce di brillare.
Circa 1 miliardo di anni dopo il Big Bang, la fine del periodo noto come alba cosmica, l’Universo era completamente reionizzato, ma poiché l’alba cosmica è così oscura e poiché è così fioca e lontana nel tempo e nello spazio, abbiamo avuto difficoltà a vedere cosa c’è.
Gli scienziati pensavano che le fonti responsabili della maggior parte della reionizzazione dell’Universo. dovessero essere potenti: enormi buchi neri il cui accrescimento produce una luce accecante, per esempio, e grandi galassie nel pieno della formazione stellare (le stelle neonate producono molta luce UV).
JWST è stato progettato, in parte, per scrutare l’alba cosmica e cercare di vedere cosa vi si nasconde. Ha avuto molto successo, rivelando ogni sorta di sorpresa su questo momento cruciale nella formazione del nostro Universo. Sorprendentemente, le osservazioni del telescopio ora hanno rivelato che le galassie nane sono l’attore chiave nella reionizzazione.
Un team internazionale guidato dall’astrofisico Hakim Atek dell’Institut d’Astrophysique de Paris si è basato sui dati JWST su un ammasso di galassie chiamato Abell 2744, supportati dai dati di Hubble. Abell 2744 è così denso che lo spazio-tempo si deforma attorno a esso, formando una lente cosmica. Qualsiasi luce lontana che viaggia verso di noi attraverso quello spazio-tempo diventa ingrandita. Questo ha permesso ai ricercatori di vedere minuscole galassie nane vicine all’alba cosmica.
Successivamente, i ricercatori hanno utilizzato JWST per ottenere spettri dettagliati di queste piccole galassie. La loro analisi ha rivelato che, non solo queste galassie nane sono il tipo di galassia più abbondante nell’Universo primordiale, ma sono anche molto più luminose del previsto.
Infatti, la ricerca del team ha dimostrato che le galassie nane superano in numero le galassie più grandi in un rapporto di 100 a 1 e che la loro emissione collettiva è quattro volte superiore alla radiazione ionizzante solitamente ritenuta per le galassie più grandi: “Queste centrali cosmiche emettono collettivamente più che sufficiente energia per portare a termine il lavoro“, ha affermato Atek .
“Nonostante le loro piccole dimensioni, queste galassie di piccola massa sono grandi produttrici di radiazioni energetiche e la loro abbondanza durante la reionizzazione dell’Universo è stata così sostanziale che la loro influenza collettiva ha potuto trasformare l’intero stato del Cosmo“.
È la prova migliore finora della forza dietro la reionizzazione dell’Universo, ma c’è ancora molto lavoro da fare. I ricercatori hanno osservato una piccola porzione di cielo: devono assicurarsi che il loro campione non sia solo un ammasso anomalo di galassie nane, ma un campione rappresentativo dell’intera popolazione nell’alba cosmica.
Gli esperti hanno intenzione di studiare più regioni di lenti cosmiche del cielo per ottenere un campione più ampio di popolazioni galattiche primordiali. Solo su questo campione, i risultati sono molto interessanti. Gli scienziati hanno inseguito risposte sulla reionizzazione da quando ne siamo a conoscenza.
Conclusioni
Con il JWST siamo entrati in un territorio inesplorato“, ha concluso l’astrofisica Themiya Nanayakkara della Swinburne University of Technology in Australia: “Questo lavoro solleva altre interessanti domande a cui dobbiamo rispondere nel nostro tentativo di tracciare la storia evolutiva delle nostre origini“.
La ricerca è stata pubblicata su Nature.
