Abell 383, esempio d’uso intelligente delle risorse

Le lenti gravitazionali sono strumenti formidabili per investigare l’universo lontano, ne abbiamo parlato diverse volte: dalla deviazione dei fasci luminosi ad opera di una grande concentrazione di massa, possiamo conoscere importanti dettagli di oggetti lontanissimi. In più, sono strumenti che non dobbiamo allestire noi (come potremmo?) ma la natura stessa ci mette assai amorevolmente a disposizione. In fin dei conti non si tratta di inventarsi nulla ma di sfruttare intelligentemente quello che c’è.

Prendiamo il caso dell’ammasso di galassie Abell 383. In pratica, un bel grumo di galassie e materia oscura, a circa 2,5 miliardi di anni luce da noi. Con la sua massa enorme è una potentissima lente gravitazionale, ma per usarla veramente bene bisogna calibrarla – il che vuol dire, in questo caso, arrivare ad una stima della massa totale (per poter valutare la deflessione dei raggi luminosi che essa opera). Come dire, la lente è già in posizione, la troviamo bella e pronta all’uso. L’unica cosa che ci manca è il foglietto delle istruzioni, dove viene dettagliato il potere di ingrandimento della medesima. Per la lente ottica il fattore di ingrandimento è determinato dalla curvatura delle superfici, per la lente gravitazionale è semplicemente il valore della massa.

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L’ammasso Abell 383 Crediti: NASA, ESA, C. McCully (Rutgers U.) et al.

Per prima è l’attesa, potremmo dire (perdonate la sfacciata autopromozione, ma non ho resistito…!). Sì perché gli scienziati hanno capito che per calibrare questa lente così sui generis non bisogna far nulla, soltanto… aspettare. Sì. Aspettare che una supernova – non una qualsiasi, ma di un tipo molto specifico – capiti dietro l’ammasso di galassie, e poi cercare di capire dalle osservazioni quanto la luce della supernova sia stata enfatizzata dalla nostra lente cosmica. Questo perché delle supernovae sappiamo ormai molto, e ci sentiamo abbastanza sicuri – non sempre, ma in alcuni casi sì – della luce che producono. E’ una delle tecniche più’ affidabili per la “messa a punto” di queste lenti.

Nell’immagine di Hubble  l’ammasso di galassie A383 esibisce le sue capacità di lente gravitazionale, sulla destra, distorcendo pesantemente le galassie poste dietro al centro dell’ammasso. Ma guardate adesso i pannelli di sinistra: si vede una galassia lontana in due momenti diversi, prima e dopo la recente rilevazione di una supernova. Capirete bene che il trovare un oggetto familiare agli astronomi, a così grande distanza, dice tutto: è un aiuto insostituibile per comprendere cosa davvero succede alla luce attraverso la lente di A383. Come dire, non sappiamo che lente sia, ma siccome sappiamo di che tipo è la lampadina posta dietro la lente, possiamo facilmente arrivare a determinarne le caratteristiche proprio osservando come ci arriva questa luce.

Questo, abbozzato molto rozzamente (lo avrete riconosciuto) è il concetto di candela standard, mai troppo enfatizzato in astronomia. Ebbene, una particolare classi di supernove, le supernove “di tipo Ia” si dimostrano eccellenti, per questo ruolo. Per la cronaca, non è il solo caso di questo tipo: sono state trovare supernovae così “affidabili” anche dietro ad altri due ammassi di galassie, all’interno del progetto CLASH.

Dunque per guardare lontano non è necessario chissà quale sforzo; è ben più importante sfruttare quello che abbiamo a disposizione. L’universo stesso ha cura di fornirci i mezzi per conoscerlo – a noi l’approfittarne!

Derivato da APOD  5.5.2014

Le prime galassie? Più vecchie di quanto si pensava!

Utilizzando il “potere di amplificazione” di una lente gravitazionale cosmica, gli astronomi hanno scoperto una galassia distante, le cui stelle risultano esser nate “inaspettatamente presto” nella storia del cosmo. Il risultato è importante perché getta nuova luce sia sui meccanismi di formazione delle galassie, sia sulle prime fasi dell’evoluzione dell’universo stesso.

Johan Richard, a capo della ricerca appena pubblicata su Montly Notices of Royal Astronomical  Society, ha affermato “Abbiamo appena scoperto una galassia lontana che ha iniziato a formare stelle appena 200 milioni di anni dopo il Big Bang. Questo mette alla prova le teorie su quanto rapidamente si siano formate ed evolute le galassie, nei primi anni dell’universo. Ciò potrebbe anche aiutare a risolvere il mistero di come sia stata dissolta la ‘nebbia di idrogeno’ che riempiva l’universo primordiale.”

La ricerca è stata condotta tramite osservazioni a diversi telescopi, incluso il Telescopio Spaziale Hubble, lo Spitzer (entrambi nello spazio) e il W.M.Keck Observatory alle Hawai.

La galassia distanta è visibile attraverso un ammasso di galassie noto con il nome di Abell 383, la cui gravità influenza il percorso dei raggi di luce che lo attraversano, un pò come fa una comune lente ottica nel caso della luce solare (anche se ovviamente il principio è diverso). Di fatto, l’allineamento “fortunato” tra la galassia, l’ammasso di galassie e la Terra si traduce in una amplificazione della luce che proviene dalla galassia lontana, il che permette agli astronomi di condurre osservazioni dettagliate. Va detto che senza l’ausilio di questa lente gravitazionale, infatti, la galassia sarebbe sicuramente risultata troppo debole per poter essere osservata, nemmeno utilizzando i migliori telescopi oggi a nostra disposizione. Potremmo dire dunque che, in questo caso, è  la natura stessa che ci viene in aiuto!

Tramite analisi ottiche e spettroscopiche, è stato determinato lo “spostamento verso il rosso” (redshift cosmologico) della galassia, pari a 6,027. Questo vuol dire che stiamo vedendo la galassia come era quando l’universo era vecchio appena 950 milioni di anni (l’età oggi stimata dell’universo, come sappiamo, è di 13,7 miliardi di anni, dunque era davvero molto piccolo…).

Un redshift così rilevante, comunque, non fa di questa galassia quella più lontana mai osservata: ne sono state trovare diverse con valori di redshift circa 8, e una addirittura con reshift intorno a 10! La peculiarità di questa galassia infatti non risiede nella sua distanza, ma nel fatto di presentare caratteristiche drammaticamente diverse da altre galassie distanti che si siano già osservate, le quali generalmente brillano gagliarde della luce di stelle esclusivamente giovani.

Benché le indicazioni di redshift, come abbiamo menzionato, piazzino la galassia molto presto nell’evoluzione cosmica, tuttavia i dati di Spitzer indicano come la galassia sia fatta di stelle sorprendentemente vecchie e relativamente poco luminose (come spiega Elichi Egami, che ha preso parte alla ricerca). Vi sono segnali di stelle vecchie addirittura 750 milioni di anni, il che porta l’epoca della prima formazione stellare indietro fino a circa 200 milioni di anni dopo il Big Bang, molto prima di quanto pensavamo!

L'ammasso di galassie Abell 383... più "potente" del miglior telescopio a nostra disposizione! (Crediti: NASA, ESA, J. Richard (CRAL) and J.-P. Kneib (LAM). Acknowledgement: Marc Postman (STScI))

La scoperta presenta implicazioni che vanno molto al di là del periodo di prima formazione delle galassie, e può aiutare a capire come ha fatto l’universo a diventare trasparente alla radiazione ultravioletta nei primi miliardi di vita dopo il Big Bang. All’epoca, una nebbia diffusa di idrogeno neutro bloccava la diffusione della luce ultravioletta. Deve essere allora intervenuta una qualche sorgente di ionizzazione per il gas neutro, che “spazzasse” la nebbia e lo rendesse trasparente ai raggi ultravioletti, come lo è ora. Il processo è noto con il nome di “reionizzazione”

In effetti gli astronomi erano persuasi che la radiazione che ha fatto da “motore” alla rionizzazione dovesse aver avuto origine dalle galassie. Però fino ad ora, nessun candidato era stato trovato per confermare questa tesi. La presente scoperta potrebbe aiutare a sciogliere questo perdurante enigma.

Se infatti le galassie lontane, con stelle già “mature”, fossero molte più di quanto prima ipotizzato (come la recente scoperta porta a credere), ecco che la “radiazione mancante” per la reionizzazione potrebbe finalmente trovare una sua origine, del tutto plausibile.

Una ultima osservazione: fino ad ora dobbiamo affidarci alle (potenti) “lenti cosmiche” per effettuare simili scoperte. Questo vuol dire che possiamo sfruttare solo alcune configurazioni geometriche particolari (come in questo caso, l’allinemaneto Terra – ammasso di galassie – galassia lontana). Con il previsto avvento del James Webb Telescope, nella prossima decade (speriamo), potremmo essere nella posizione ideale per risolvere questo mistero, una volta per tutte (e aprirne, come è sempre per la scienza, mille  e mille altri….)

SpaceTelescope Press Release

 


Abell 1185 e gli ammassi intergalattici

Un articolo apparso in rete in data odierna, in forma di preprint, esamina in dettaglio la popolazione di ammassi globulari nel cuore del ricco ammasso di galassie chiamato Abell 1185. Immagini profonde ottenute con Hubble confermano la presenza di diverse migliaia di ammassi, in un campo – ecco la cosa interessante! – in cui in pratica non appaiono galassie.

Sappiamo che gli ammassi globulari sono onnipresenti nelle galassie, poiché si trovano praticamente in tutte, fatta eccezione soltanto per le galassie nane più piccole. Proprio per tale motivo questi giocano un ruolo fondamentale nell’aiutare gli astronomi a comprendere l’origine e l’evoluzione delle galassie stesse.

Accanto a questo, però, sono anche cresciute le evidenze del fatto che esista in molti casi una popolazione di ammassi che invece si trova al di fuori delle galassie. Già negli anni ’50 van den Bergh ipotizzava che un terzo di tutti gli ammassi fosse di “tipo intergalattico”. Da allora numerosi studi non hanno fatto altro che portare nuove conferme a questa idea: vi possono essere diversi ammassi non gravitazionalmente legati ad alcuna galassia!

L’ammasso di galassie Abell 1185 (Credits CFHT / Coelum)

Al momento non si sa molto riguardo la possibile natura od origine di questi ammassi intergalattici. Una ipotesi è che siano “normali” ammassi globulari strappati alla galassia di appartenenza da interazione gravitazionali. Rimasti dunque “a zonzo” per lo spazio proprio come detriti dell’evoluzione cosmica. D’altra parte, gli ammassi globulari sono strutture molto dense, e dunque è facile che possano resistere anche alla disgregazione – parziale o addirittura completa – della galassia nella quale si sono originati…

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AzTEC3, antichissimo ammasso di galassie

Gli astronomi hanno trovato i segni di una antichissima metropoli galattica; in verità, è la più distante che si conosca, nell’universo primordiale. Tale antichissima collezione di galassie si è poi mutata progressivamente in un “moderno” ammasso di galassie, del tutto simile a quelli di grande massa che si conoscono al giorno d’oggi.

L’ammasso – colto in via di sviluppo – prende il nome di COSMOS-AzTEC3. E’ stato scoperto e caraterizzato da indagini su diverse lunghezze d’onda da parte di vari strumenti, compreso Chandra, Spitzer e Hubble (dallo spazio) e il Keck Observatory nonchè il Subaru Telescope (con base a terra).

Alla NASA sottolineano giustamente come questa emozionante scoperta mostri assai bene la scienza che si può fare facendo collaborare i diversi progetti NASA e quelli dei collaboratori internazionali.

Venendo all’oggetto della scoperta, potremmo ben definire COSMOS-AzTEC3 come un “proto-ammasso”. E’ sicuramente il più lontano da noi mai individuato, nonché uno dei più giovani, poiché viene visto da noi come era quando l’universo stesso era assai giovane. Difatti il proto-ammasso dista da noi la bellezza di 12,6 miliardi di anni luce, mentre le stime attuali per l’età dell’universo stesso si aggirano intorno al valore di 13,7 miliardi di anni. Dunque noi stiamo vedendo il proto-ammasso com’era quando l’universo aveva poco più di un miliardo di anni (corrispondente al momento in cui la luce che ora vediamo ha lasciato l’ammasso)!

Un proto-ammasso davvero lontano, ad eccellente conferma delle teorie dell'evoluzione degli ammassi di galassie (Crediti: Subaru/NASA/JPL-Caltech)

Le peculiarità di questo oggetto, comunque, non finiscono qui. Gli astronomi hanno potuto rilevare in esso forti impulsi di formazione stellare, nonché la presenza di un enorme buco nero al suo interno. In effetti, la maggior parte delle galassie nel nostro universo non sono distribuite “a caso”, ma risultano legati in ammassi. Usualmente gli ammassi sono centrati attorno a galassie molto grandi e vecchie, che contengono al loro centro un buco nero supermassivo. Si riteneva già che simili strutture dovessero esistere anche nell’universo primordiale, ma finora non era stato facile verificarlo.

COSMOS-AzTEC3 viene dunque come una splendida conferma del quadro teorico, oltre che come ottima dimostrazione di quanto è possibile ottenere “incrociando” la miriade di dati proveniente da diversi strumenti.

NASA/JPL Press Release

Dalle mappe di materia oscura all’evoluzione delle galassie

Un team di astronomi utilizzando il Telescopio Spaziale Hubble, sono riusciti a realizzare una delle mappe più dettagliate della materia oscura nell’universo (la materia oscura è una sostanza invisibile e di natura ancora ignota che costituisce la gran parte della massa dell’universo stesso).

Le nuove osservazioni di materia oscura forniscono nuove importanti indicazioni sul ruolo dell’energia oscura nei primi cruciali anni di sviluppo dell’universo. I risultati suggeriscono come gli ammassi di galassie si siano formati ben prima di quanto ci si attendeva, prima di quando l’intervento dell’energia oscura giungesse ad inibire la loro stessa crescita.

L'ammasso di galassie Abell 1689 (Crediti: NASA, ESA, and D. Coe (NASA JPL/Caltech and STScI))

L’energia oscura, una ancora misteriosa proprietà dello spazio, si manifesta proprio come un competitore formidabile della forza gravitazionale. Si può dire che l’energia oscura allontana le galassie l’una dall’altra “stirando” lo spazio intergalattico, dunque inibendo anche la formazione di strutture giganti, come appunto gli ammassi di galassie. E’ un tiro alla fune, tra gravità ed energia oscura: per capire i dettagli di questa “competizione cosmica”, gli scienziati trovano un utilissimo aiuto nello studio della distribuzione dettagliata della materia oscura negli ammassi.

In questo contesto, un team di scienziati ha indagato la distribuzione in massa di Abel 1689, a 2,2 miliardi di anni luce dalla Terra, trovando come il nucleo dell’ammasso stesso sia molto più denso – in termini di quantità di materia oscura –  di quanto ci si aspettava (dalle simulazioni al computer) per un ammasso della sua taglia.

E’ una evidenza sorprendente per gli stessi scienziati coinvolti, per spiegare la quale bisogna per forza “retrodatare” la formazione dell’ammasso, che altrimenti non sarebbe potuto svilupparsi in questo modo, proprio per l’intervento dell’energia oscura.

HubbleSite Press Release