Many young bright stars are located in the galaxy and ionise the gas inside and around the galaxy. Green colour indicates the ionised oxygen detected by ALMA, whereas purple shows the distribution of ionised hydrogen detected by the Subaru Telescope.

Alma scopre l’ossigeno più distante dell’Universo


Pubblicato su Science uno studio sulla rilevazione con il radiotelescopio ALMA del segnale dell’ossigeno ionizzato in una remotissima galassie primordiale, formatasi all’epoca della cosiddetta reionizzazione. Secondo gli autori dello studio, è un passo in avanti per capire che tipo di oggetti abbiano causato la reionizzazione cosmica, ma anche per comprendere meglio la natura delle prime stelle e come si siano formate le galassie.


 

Un’equipe di astronomi ha usato ALMA  per rivelare l’emissione dell’ossigeno in una galassia distante, vista appena 700 milioni di anni dopo il Big Bang. È la galassia più distante in cui si sia mai rivelato l’ossigeno in modo non ambiguo. L’ossigeno è molto probabilmente ionizzato dalla potente radiazione di giovani stelle giganti. Questa galassia potrebbe rappresentare una delle classi di sorgenti responsabili della re-ionizzazione cosmica ai primordi dell’Universo.

Alcuni astronomi da Giappone, Svezia, Regno Unito e dell’ESO hanno usato ALMA per osservare una delle più lontane galassie che si conoscano, SXDF-NB1006-2, a un redshift di 7.2. Ciò implica che vediamo la galassia solo 700 milioni di anni dopo il Big Bang.

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Immagine composita di una parte del campo profondo della survey Subaru XMM-Newton, a destra: la galassia rossa al centro dell’immagine è la galassia distante XSDF-NB1006-2. A sinistra: primi piani della galassia distante.

L’equipe sperava di trovare gli elementi chimici pesanti presenti nella galassia, dal momento che possono darci informazioni sul livello di formazione stellare e quindi fornire indizi sul periodo della storia dell’Universo noto come re-ionizzazione cosmica.

“Cercare elementi pesanti nell’Universo primordiale è un approccio essenziale per esplorare l’attività di formazione stellare in quel periodo”, ha commentato Akio Inoue dell’Università Sangyo di Osaka, in Giappone, primo autore dell’articolo pubblicato dalla rivista Science. “Studiare gli elementi pesanti ci porta a capire come si sono formate le galassie e cosa ha causato la re-ionizzazione cosmica”, ha aggiunto.

Nel periodo prima che si formassero i primi oggetti nell’Universo, questo era pieno di gas elettricamente neutro. Quando si sono accese le prime stelle, qualche centinaio di milioni di anni dopo il Big Bang, emettevano radiazione tanto potente da iniziare a rompere gli atomi neutri – cioè a ionizzare il gas. Durante questa fase – nota come reionizzazione cosmica – l’intero Universo è cambiato drasticamente. Ma il dibattito è ancora acceso su quale tipo di oggetti abbia causato la reionizzazione. Studiando le condizioni di galassie molto distanti si può cercare di rispondere a questa domanda.

Colour composite image of a portion of the Subaru XMM-Newton Dee

Immagine composita di una parte del campo profondo della survey Subaru XMM-Newton, a destra: la galassia rossa al centro dell’immagine è la galassia distante XSDF-NB1006-2. A sinistra: primi piani della galassia distante.

Prima di osservare la galassia lontana, gli scienziati hanno eseguito simulazioni al computer per prevedere quanto facilmente si potessero aspettare di trovare l’ossigeno ionizzato con ALMA. Hanno anche considerato le osservazioni di galassie simili molto più vicine a Terra e concluso che l’emissione dell’ossigeno avrebbe dovuto essere rivelabile, anche a distanze notevoli.

Hanno quindi effettuato osservazioni di elevata sensibilità con ALMA e trovato la luce dell’ossigeno ionizzato in SXDF-NB1006-2, rendendola quindi la più distante rilevazione inequivocabile di ossigeno mai ottenuta. È solida evidenza della presenza di ossigeno nell’Universo primordiale, solo 700 milioni di anni dopo il Big Bang.

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Immagine composita della galassia distante SXDF-NB1006-2, la luce emessa dall’ossigeno ionizzato e rivelata da ALMA è colorata in verde. La luce dell’idrogeno ionizzato rivelata dal telescopio Subaru e la luce ultravioletta rivelata dal telescopio UKIRT (UK Infrared Telescope) sono mostrate in blu e rosso, rispettivamente.

L’ossigeno in SXDF-NB1006-2 è stato trovato in quantità dieci volte meno abbondanti che nel Sole. “L’abbondanza ridotta è prevista, perchè l’Universo era ancora giovane a aveva avuto una breve storia di formazione stellare all’epoca”, ha commentato Naoki Yoshida dell’Università di Tokyo. “Le nostre simulazioni avevano previsto proprio un’abbondanza dieci volte inferiore a quella del Sole. Ma abbiamo ottenuto un altro risultato, inaspettato: un quantità di polvere molto limitata”.

L’equipe non è riuscita a rivelare emissione dal carbonio nella galassia, il che suggerisce che questa giovane galassia contenga poco idrogeno non-ionizzato, e ha anche trovato che contiene una piccola quantità di polvere, che è composta da elementi pesanti. “Potrebbe accadere qualcosa di insolito in questa galassia”, commenta Inoue. “Sospetto che quasi tutto il gas sia altamente ionizzato”.

La rilevazione di ossigeno ionizzato indica che molte stelle brillanti, parecchie decine di volte più massicce del Sole, si sono formate nella galassia e stanno emettendo intensa luce ultravioletta che poi ionizza gli atomi di ossigeno.

“L’assenza di polvere nella galassia permette all’intensa radiazione ultravioletta di sfuggire e ionizzare vaste quantità di gas fuori dalla galassia. “SXDF-NB1006-2 sarebbe il prototipo delle sorgenti luminose necessarie per la re-ionizzazione cosmica”, ha concluso Inoue.

“Questo è un passo fondamentale verso la comprensione di quale tipo di oggetti è la causa della reionizzazione cosmica”, ha spiegato Yoichi Tamura dell’Università di Tokyo. “La nostra successiva osservazione con ALMA è già iniziata. Osservazioni ad alta risoluzione ci permetteranno di vedere la distribuzione e il moto dell’ossigeno ionizzato nella galassia e di fornire importanti informazioni su come comprendere le proprietà della galassia.”


Questo lavoro è stato presentato nell’articolo intitolato: “Detection of an oxygen emission line from a high redshift galaxy in the reionization epoch” di Inoue et al., pubblicato dalla rivista Science.

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