Il JADES Deep Field utilizza le osservazioni effettuate dal James Webb Space Telescope (JWST) della NASA nell’ambito del programma JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). Un team di astronomi che ha studiato i dati JADES ha identificato circa 80 oggetti (cerchiati in verde) che hanno cambiato luminosità nel tempo. La maggior parte di questi oggetti, noti come transienti, sono il risultato dell’esplosione di stelle o supernove. Il campione JADES contiene molte supernove che sono esplose ancora più lontano nel tempo, quando l’universo aveva meno di 2 miliardi di anni. Include la più lontana mai confermata spettroscopicamente, a un redshift di 3,6. La sua stella progenitrice è esplosa quando l’universo aveva meno di 2 miliardi di anni. La sua stella progenitrice è esplosa quando l’universo aveva solo 1,8 miliardi di anni.
Webb scopre un numero di supernove nell’universo primordiale 10 volte superiore a quello finora conosciuto.
Scrutando a fondo nel cosmo, il telescopio spaziale James Webb della NASA sta dando agli scienziati il primo sguardo dettagliato alle supernove di un’epoca in cui il nostro universo aveva solo una piccola frazione della sua età attuale. Un team che utilizza i dati di Webb ha identificato un numero di supernovae nell’universo primordiale 10 volte superiore a quello precedentemente conosciuto. Alcune delle nuove stelle esplose sono gli esempi più lontani del loro tipo, compresi quelli utilizzati per misurare il tasso di espansione dell’universo.
“Webb è una macchina per la scoperta di supernove”, ha dichiarato Christa DeCoursey, studentessa al terzo anno dell’Osservatorio Steward e dell’Università dell’Arizona a Tucson. “L’enorme numero di rilevamenti e le grandi distanze di queste supernove sono i due risultati più entusiasmanti della nostra indagine”.
DeCoursey ha presentato questi risultati in una conferenza stampa al 244° meeting dell’American Astronomical Society a Madison, nel Wisconsin.
Una macchina per scoprire le supernove
Questo mosaico mostra tre dei circa 80 transienti, o oggetti di luminosità variabile, identificati nei dati del programma JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). La maggior parte dei transienti sono il risultato dell’esplosione di stelle o supernove. Confrontando le immagini scattate nel 2022 e nel 2023, gli astronomi potrebbero individuare supernove che, dal nostro punto di vista, sono esplose di recente (come gli esempi mostrati nelle prime due colonne), oppure supernove che sono già esplose e la cui luce sta svanendo (terza colonna).L’età di ogni supernova può essere determinata in base al suo redshift (indicato con “z”). La luce della supernova più lontana, con un redshift di 3,8, ha avuto origine quando l’universo aveva solo 1,7 miliardi di anni. Un redshift di 2,845 corrisponde a un tempo di 2,3 miliardi di anni dopo il big bang. L’esempio più vicino, con un redshift di 0,655, mostra una luce che ha lasciato la sua galassia circa 6 miliardi di anni fa, quando l’universo aveva poco più della metà della sua età attuale.
Per fare queste scoperte, il team ha analizzato i dati di imaging ottenuti nell’ambito del programma JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Webb è ideale per trovare supernove estremamente distanti perché la loro luce è allungata in lunghezze d’onda maggiori, un fenomeno noto come redshift cosmologico.
Prima del lancio di Webb, solo una manciata di supernovae era stata trovata al di sopra di un redshift di 2, che corrisponde a quando l’universo aveva solo 3,3 miliardi di anni – appena il 25% della sua età attuale. Il campione JADES contiene molte supernove che sono esplose ancora più in là nel tempo, quando l’universo aveva meno di 2 miliardi di anni.
In precedenza, i ricercatori avevano utilizzato il telescopio spaziale Hubble della NASA per osservare le supernovae di quando l’universo era nella fase di “giovane adulto”. Con JADES, gli scienziati stanno vedendo le supernove quando l’universo era nella sua “adolescenza” o “preadolescenza”. In futuro, si spera di poter guardare indietro fino alla fase di “bambino” o “neonato” dell’universo.
Per scoprire le supernove, il team ha confrontato più immagini scattate a distanza di un anno l’una dall’altra e ha cercato le sorgenti che sono scomparse o apparse in quelle immagini. Questi oggetti che variano la loro luminosità nel tempo sono chiamati transienti e le supernove sono un tipo di transiente. In totale, il team del JADES Transient Survey Sample ha scoperto circa 80 supernove in una porzione di cielo dello spessore di un chicco di riso tenuto a distanza.
“Questo è davvero il nostro primo campione di come si presenta l’universo ad alto redshift per la scienza dei transienti”, ha detto il compagno di squadra Justin Pierel, borsista Einstein della NASA presso lo Space Telescope Science Institute (STScI) di Baltimora, nel Maryland. “Stiamo cercando di capire se le supernovae lontane sono fondamentalmente diverse o molto simili a quelle che vediamo nell’universo vicino”.
Pierel e altri ricercatori dell’STScI hanno fornito analisi esperte per determinare quali transienti fossero effettivamente supernovae e quali no, perché spesso si somigliavano molto.
Il team ha identificato una serie di supernovae ad alto redshift, tra cui la più lontana mai confermata spettroscopicamente, a un redshift di 3,6. La sua stella progenitrice è esplosa e si è trasformata in un’esplosione. La sua stella progenitrice è esplosa quando l’universo aveva solo 1,8 miliardi di anni. Si tratta di una cosiddetta supernova a collasso del nucleo, un’esplosione di una stella massiccia.
Alla scoperta delle supernove di tipo Ia più lontane
Di particolare interesse per gli astrofisici sono le supernove di tipo Ia. Queste stelle che esplodono sono così prevedibilmente luminose che vengono utilizzate per misurare distanze cosmiche lontane e aiutano gli scienziati a calcolare il tasso di espansione dell’universo. Il team ha identificato almeno una supernova di Tipo Ia a un redshift di 2,9. La luce di questa esplosione ha iniziato a viaggiare verso di noi 11,5 miliardi di anni fa, quando l’universo aveva appena 2,3 miliardi di anni. Il precedente record di distanza per una supernova di tipo Ia confermata spettroscopicamente era un redshift di 1,95, quando l’universo aveva 3,4 miliardi di anni.
Gli scienziati sono ansiosi di analizzare le supernove di tipo Ia ad alto redshift per vedere se hanno tutte la stessa luminosità intrinseca, indipendentemente dalla distanza. Questo è di fondamentale importanza, perché se la loro luminosità varia con il redshift, non sarebbero dei marcatori affidabili per misurare il tasso di espansione dell’universo.
Pierel ha analizzato questa supernova di tipo Ia trovata a redshift 2,9 per determinare se la sua luminosità intrinseca fosse diversa da quella prevista. Sebbene si tratti solo del primo oggetto di questo tipo, i risultati non indicano alcuna prova che la luminosità di tipo Ia cambi con il redshift. Sono necessari ulteriori dati, ma per ora le teorie basate sulle supernove di tipo Ia sul tasso di espansione dell’universo e sul suo destino finale rimangono intatte. Pierel ha presentato i suoi risultati anche al 244° meeting dell’American Astronomical Society.
Uno sguardo verso il futuro
L’universo primordiale era un luogo molto diverso, con ambienti estremi. Gli scienziati si aspettano di vedere antiche supernove provenienti da stelle che contengono molti meno elementi chimici pesanti rispetto a stelle come il nostro Sole. Il confronto di queste supernove con quelle dell’universo locale aiuterà gli astrofisici a comprendere la formazione stellare e i meccanismi di esplosione delle supernove in questi primi tempi.
“Stiamo essenzialmente aprendo una nuova finestra sull’universo transiente”, ha dichiarato Matthew Siebert, borsista dell’STScI, che guida l’analisi spettroscopica delle supernove JADES. “Storicamente, ogni volta che lo abbiamo fatto, abbiamo trovato cose estremamente interessanti, cose che non ci aspettavamo”.
“Poiché Webb è così sensibile, sta trovando supernove e altri transienti quasi ovunque sia puntato”, ha detto il membro del team JADES Eiichi Egami, professore di ricerca presso l’Università dell’Arizona a Tucson. “Questo è il primo passo significativo verso indagini più estese delle supernove con Webb”.
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