Per la prima volta osservate gruppo di galassie responsabile della re-ionizzazione cosmica

Un team internazionale di astronomi finanziato in parte dalla NASA ha trovato il gruppo di galassie più lontano finora identificato. Chiamato EGS77, il trio di galassie risale a un tempo in cui l'universo aveva solo 680 milioni di anni, o meno del 5% della sua età attuale di 13,8 miliardi di anni. Questa è la prima osservazione di un gruppo di galassie responsabile della re-ionizzazione cosmica.

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Un team internazionale di astronomi finanziato in parte dalla NASA ha trovato il gruppo di galassie più lontano finora identificato. Chiamato EGS77, il trio di galassie risale a un tempo in cui l’universo aveva solo 680 milioni di anni, o meno del 5% della sua età attuale di 13,8 miliardi di anni. Questa è la prima osservazione di un gruppo di galassie responsabile della re-ionizzazione cosmica. 
Il giovane universo era pieno di atomi di idrogeno, che attenuavano così tanto la luce ultravioletta da bloccare la nostra visione delle prime galassie“, ha detto James Rhoads al Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, dove ha presentato i risultati il ​​5 gennaio al 235 incontro della American Astronomical Society a Honolulu. “EGS77 è il primo gruppo di galassie catturato nell’atto di eliminare questa nebbia cosmica“.
Nella sua prima fase, l’universo era un plasma incandescente di particelle, inclusi elettroni, protoni, nuclei atomici e luce. Gli atomi non potevano ancora esistere. L’universo era in uno stato ionizzato, simile al gas all’interno di un’insegna al neon illuminata o di un tubo fluorescente. Dopo che l’universo si è espanso e raffreddato per circa 380.000 anni, elettroni e protoni si sono combinati nei primi atomi, più del 90% dei quali erano di idrogeno. Centinaia di milioni di anni dopo, questo gas formò le prime stelle e galassie. Ma la presenza stessa di questo abbondante gas pone sfide per individuare le galassie nell’universo primordiale.

Gruppo galattico EGS77: bolle ionizzate formate da tre galassie vicino a redshift 7.7. Galaxy z8_5 è il più luminoso di tutti e tre, con la più grande bolla ionizzata, e si trova nella parte anteriore. Si stima che produca una bolla ionizzata di raggio 1 Mpc, che aiuterà a spianare la strada alla trasmissione di fotoni Lyman-α dalle due galassie più deboli. La separazione fisica tra ogni coppia di galassie è semplicemente 0,7 Mpc lungo la linea di vista, il che implica che le loro bolle ionizzate si sovrappongono sostanzialmente per creare un percorso continuo che consente ai fotoni Lyman-α di fuggire. [Onset of Cosmic Reionization: Evidence of An Ionized Bubble Merely 680 Myrs after the Big Bang – Tilvi et al. 2020]
Le simulazioni cosmologiche indicano che il processo di re-ionizzazione, che dovrebbe essere irregolare o spazialmente disomogeneo, è iniziato quando intense radiazioni UV da singole galassie o gruppi di galassie hanno ionizzato per la prima volta l’ambiente circostante, formando bolle ionizzate locali. Queste bolle ionizzate in seguito crebbero per riempire l’intero IGM, segnando la fine del processo di re-ionizzazione.
Si pensa che le galassie stellari ad alto spostamento verso il rosso abbiano contribuito al processo di re-ionizzazione. Queste stesse galassie, tramite la loro emissione Lyman-α, forniscono uno strumento pratico per studiare il processo di re-ionizzazione – l’evoluzione dell’idrogeno neutro nell’IGM.
Attualmente comunque, ci manca una chiara evidenza osservativa della disomogeneità spaziale o delle sorgenti responsabili della re-ionizzazione cosmica. Pertanto, per studiare la sua natura e quantificare il contributo delle galassie a questo processo, è stata condotta un’esclusiva indagine di imaging a banda stretta (NB), la Cosmic Deep And Wide Narrowband sondaggio (DAWN; PI: Rhoads) per osservare le galassie che emettono Lyman- α ad redshift.
Nel documento, guidato da Tilvi che è stato presentato al The Astrophysical Journal, si riporta la scoperta del gruppo di galassie più lontano EGS77 a z = 7,7, appena 680 Milioni di anni dopo il Big Bang.
EGS77 è stato inizialmente identificato utilizzando le osservazioni di imaging NB dal sondaggio DAWN, e successivamente confermato tramite osservazioni spettroscopiche utilizzando lo spettrografo MOSFIRE sul telescopio Keck.
In base al modello e alle simulazioni in letteratura, il team ha scoperto che le bolle ionizzate prodotte da tutte e tre le galassie si sovrappongono in modo significativo, producendo una regione ionizzata grande, ma localizzata, che dà origine alla disomogeneità attesa nel processo di re-ionizzazione.
Quindi, questa è la prima osservazione di un gruppo di galassie responsabile della re-ionizzazione cosmica. Il telescopio spaziale James Webb sarà sensibile al continuum UV di tali galassie più deboli nell’epoca della reionizzazione e quindi potrà fornire un campione molto più ampio delle galassie responsabili di tale processo. Inoltre, future osservazioni di 21 cm da SKA-2 (Dewdney et al. 2009) saranno in grado di sondare le strutture ionizzate con dimensioni angolari grandi fino a ∼ 100, simili alle dimensioni della bolla ionizzata prodotta da z8_5 a z = 7,7.
[Onset of Cosmic Reionization: Evidence of An Ionized Bubble Merely 680 Myrs after
the Big Bang – Tilvi et al. 2020]
Fonte: NASA