Come potrebbe essere un viaggio nelle regioni più remote dell’universo? Un team di astronomi si è preso la briga di verificarlo, stimando le distanze relative di più di cinquemila galassie in uno dei campi di galassie più lontano che sia mai stato indagato. Ci stiamo riferendo al famoso campo ultra profondo di Hubble  (HUDF, dall’inglese Hubble Ultra Deep Field).

Poiché la velocità della luce impiega un tempo molto lungo ad attraversare l’universo, la maggior parte delle galassie che si vedono nel video qui sopra sono rappresentate nel momento in cui l’universo stesso aveva appena una frazione dell’età corrente. Dunque sono ancora in formazione, ed hanno forme spesso peculiari, rispetto alle galassie “contemporanee”. Tanto per dire, non troverete certamente galassie a spirale completamente formate, tipo la nostra Via Lattea (con i suoi tredici e passa miliardi di anni di età, non si può proprio dire sia ancora in formazione), o come la galassia di Andromeda, una tra le galassie più estese tra quelle a noi vicine.

Verso la fine del video arriviamo a lambire le galassie più lontane del campo HUDF, che presentano un valore di redshift impressionante, superiore ad otto (caratteristica di oggetti tra i più lontani mai osservati). Questa classe di galassie giovani di bassa luminosità conteneva verosimilmente diverse stelle energetiche di grande massa, responsabili con la loro radiazione della trasformazione di molto gas residuo  in plasma caldo ionizzato.

Fonte: Astronomy Picture of the Day, 27 agosto 2013

NGC 3185 si trova a circa 80 milioni di anni luce da noi, nella costellazione del Leone. Al centro della galassia c’è un nucleo compatto ma molto brillante, che ospita un buco nero di grande massa. Buchi neri di questa categoria possono avere masse anche pari a migliaia di volte quella del Sole.

La galassia NGC 3185 (Crediti: ESO/Hubble & NASA)

NGC 3185 fa parte di un piccolo gruppo di appena quattro galassie, chiamato Hickson 44. Un’altra galassia che fa parte del gruppetto è NGC 3190. Come vedremo, è una galassia ben più famosa della sua compagna, per motivi che travalicano certamente l’ambito astronomico…

La galassia NGC3190, vista da un telescopio (Crediti: ESO)

A prima vista forse il nome può non dirvi niente, ma se siete utenti Apple e se di recente vi è capitato di inizializzare un computer con la meletta, sicuramente vi siete trovati davanti ad uno sfondo azzurrino con una maestosa galassia che campeggia in primo piano: è lei, probabilmente la galassia più diffusa sui nostri schermi

La galassia NGC3190, vista da un computer Apple…

La cosa interessante – che probabilmente molti ignorano – è che nel tempo abbiamo assistito ad un vero e proprio (silenzioso) “cambio di galassia”. Con OS X “Lion”, la galassia in effetti era quella di Andromeda (come hanno risposto alcuni lettori nel piccolo quiz che abbiamo lanciato stamattina sulla nostra pagina Facebook), dopodiché, all’uscita della successiva versione “Mountain Lion” la galassia è cambiata in NGC 3190. Peraltro, in questo caso, non è subito stato chiaro agli utenti di che galassia si trattasse: ci è voluto un po’ per scoprirlo

Per essere un po’ pignoli, in realtà la foto usata da Apple è alterata (come si può facilmente scoprire cercando un po’ su Internet): sono state aggiunte diverse stelle “finte” nelle zone più lontane dalla galassia, e – operazione ben più distruttiva! – sono state “eliminate” diverse piccole galassie nei dintorni di NGC 3190. Dunque una foto reale, sì. Ma anche un pochino di fantasia.

Che avreste fatto voi? Vi sareste accontentati di aggiungere una dominante blu, o sareste intervenuti su stelle e galassie come i grafici Apple?

Questa è veramente una immagine di una bellezza cristallina. Un’altra meraviglia che ci regala il telescopio Hubble: non si sa quante stupende immagini delle profondità dell’universo ci ha consegnato fino ad oggi, e veramente è una gara a scoprire la più bella…

Il sistema Arp 142, è composto in realtà da due galassie interagenti (Crediti: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team)

Nel dettaglio, quella che vedete è una immagina particolarmente vivida di una coppia di galassie interagenti, note complessivamente con il nome di Arp 142. Sappiamo molto bene come l’effetto dell’interazione tra due galassie possa essere devastante. Quelle di Apr 142 sono abbastanza vicine tra loro perché interagiscano violentemente, scambiando materia e causando devastazioni assortite (buon per noi che siamo lontani…).

Nella parte alta dell’immagine si vedono anche due stelle brillanti: entrambe si trovano molto più vicine a noi della coppia di galassie interagenti, ma completano deliziosamente il quadro di ‘arte cosmica’ che stiamo ammirando. Una delle due è circondata da un alone blu, che in realtà rappresenta un’altra galassia, comunque troppo distante per avere un qualsiasi ruolo nell’interazione con il sistema Arp 142.

La coppia di galassie prende il nome dal famosissimo astronomo Halton Arp, creatore del noto  Catalogo delle Galassie Peculiari. E’ un catalogo di onoranda età, visto che fu pubblicato per la prima volta nel lontano 1966. Arp lo compilò nel tentativo di comprendere e studiare sistematicamente il modo in cui le galassie si evolvono e cambiano nel tempo – un argomento che avvertiva come decisamente poco conosciuto. Forse non è troppo sorprendente, ma molti degli oggetti in catalogo, scelti proprio per la loro forma inusuale, si è col tempo scoperto che non sono singole galassie, ma coppie in interazione o addirittura in corso di fusione.

Halton Arp è conosciuto anche per essere uno dei più famosi e fieri oppositori alla teoria del Big Bang, ormai accettata in modo praticamente universale dalla comunità astronomica. In particolare, la teoria alternativa sviluppata da Arp e colleghi, contesta il fatto che i quasar siano oggetti lontanissimi (come dimostrerebbe l’elevato valore del loro redshift, lo spostamento verso il rosso della loro luce). La sua ipotesi, rigettata dalla gran parte degli astronomi, è che i quasar sarebbero invece oggetti locali, derivati dal nucleo di galassie attive.

Per quanto risulta ormai difficile sposare la tesi di Arp (che in ogni caso è sicuramente un astronomo di rilievo fin dagli anni ’60, autore di un impressionante numero di pubblicazioni specialistiche nonché di un certo numero di libri divulgativi), le sue teorie e la sua decisione nel sostenerle (per la quale lamenta di essere stato emarginato dalla comunità astronomica internazionale) sono state e sono tuttora uno sprone importante per verificare sempre di più la teoria del Big Bang.

Come è noto, nella scienza ogni paradigma deve potere essere falsificabile. Dunque le voci fuori dal coro sono utili, anzi utilissime (e se sono davvero emarginate, oltre ai risvolti umani, è un impoverimento anche dal punto di vista scientifico). Anche se non se ne condivide la posizione.

Soprattutto se sono persone intelligenti e appassionate come Halton Christian Arp.

Articolo basato in parte sulla Press Release di SpaceTelescope.org

Eccolo. Un magnifico e meraviglioso mosaico creato da diverse immagini della galassia starburst chiamata Messier 82 (M82). E’ una galassia in cui il processo di formazione di nuove stelle è non solo ancora in atto, ma è anche eccezionalmente violento, tale da consumare in fretta le sue riserve di gas. M82 si trova a circa 12 milioni di anni luce da noi, ed è un ottimo esempio di tale tipo di galassie. Ed è anche molto bella…

Crediti foto: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team STScI/AURA). Acknowledgment: J. Gallagher (University of Wisconsin), M. Mountain (STScI) and P. Puxley (NSF).

No, decisamente le galassie normalmente non si presentano in questo modo. NGC 6745 in realtà mostra chiari segni dell’effetto di  una gigantesca ‘collisione’ galattica. Le collisioni di questo tipo sono peculiari anche nella durata, bisogna dire, perché le galassie in realtà sono state in collisione per centinaia di milioni di anni.  Appena al di fuori dell’immagine presentata, elaborata in maniera digitale al fine di aumentare i contrasti, ci sarebbe (nell’angolo in basso a destra) una galassia più piccola, in allontanamento.

Crediti: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration

La galassia più grande, che vediamo nella foto, doveva essere una normale galassia a spirale, ma ora che è ‘danneggiata’ dall’urto, la forma appare decisamente peculiare. Di fatto, gli effetti della gravità sulla forma della galassia sono evidenti. Per quanto sia assai probabile, visti gli spazi in gioco e le distanze tra gli oggetti, che nessuna stella nelle due galassie si sia direttamente scontrata con un’altra, in tale tipo di ‘collisioni’ sono il gas, la polvere e il campo magnetico ambientale che interagiscono direttamente. Arrivando appunto a modificare profondamente l’aspetto delle galassie che hanno subito tale processo.

Il fatto è tutt’altro che raro, nell’economia dello sviluppo delle galassie. Tra l’altro, ha notevole importanza anche per chi studia specificamente la formazione e l’evoluzione di nuove stelle, poiché sovente nelle zone di collisione si vengono a creare le condizioni ideali per la comparsa di zone di fresca formazione stellare. Anche in questo caso lo scontro ha fatto in modo di dare un deciso impulso alla formazione stellare: di fatto, un grumo di gas espulso dalla galassia più grande, a destra in basso, ha già iniziato a formare stelle.

La peculiare galassia NGC 6745 si estende per circa ottantamila anni luce di diametro, e si trova a circa 200 milioni di anni luce dalla Terra. La sua età presunta dovrebbe aggirarsi intorno ai 10 milioni di anni.

Il fatto è questo. La nostra Galassia – come pure la Piccola e la Grande Nube di Magellano –  sembra che siano circondate da un enorme alone di gas galdo, diverse volte più rovente della superficie del Sole – e con una massa equivalente pari a circa 6o miliardi di volte la nostra stella. La cosa oltre ad essere di indubbio rilievo, suggerisce come altre galassie possano verosimilmente possedere aloni del tutto simili. Questo fornisce dei dati importanti riguardo al perdurante mistero della massa barionica “mancante” (che forse… non è più tale!)

Questi intriganti risultati sono stati resi pubblici appena ieri, da un team di ricercatori che ha utilizzato i dati dal Chandra X-ray Observatory della NASA. Vediamo di capire un po’ meglio di che si tratta…

Immagine artistica dell’alone di gas caldo intorno alla Via Lattea (al centro). Rendetevi conto di quanto è grande… (NASA/CXC/M.Weiss; NASA/CXC/Ohio State/A.Gupta et al.)

Nell’immagine artistica qui sopra, possiamo vedere la nostra Via Lattea al centro di una nuvole di gas caldo. La nuvola è stata rilevata nelle misura effettuate sia dalla sonda Chandra, che anche con l’Osservatorio Spaziale XMM-Newton dell’ESA (l’ente spaziale europeo), come pure dal satellite giapponese Suzaku. Dunque uno sforzo collettivo di progetti di vari paesi e continenti, che ha condotto ad una rilevante scoperta.

Tornando alla nuvola, nell’illustrazione questa si estende per circa 300.000 anni luce – il che è già abbastanza impressionante – ma dai dati risulta che potrebbe essere ancora più estesa (!).

Teniamo presente che, al di là della sua enorme massa, la densità di questi aloni galattici di gas caldo è talmente bassa, che strutture simili intorno ad altre galassie, con i mezzi tecnici attuali, ci risulterebbero tranquillamente invisibili. La presenza di tali aloni potrebbe però far tornare i calcoli, e dirci finalmente dove poter cercare la massa barionica che manca da tempo nei conti degli astronomi.

La faccenda della massa barionica “mancante” è senza dubbio curiosa. Slegata dai problemi dell’energia oscura o massa oscura, il problema “venne fuori” quando gli astronomi fecero il computo dei barioni che dovevano essere presenti nell’Universo bambino, circa dieci miliardi di anni fa. La cosa stupefacente è che la quantità di barioni oggi sembra dimezzata, il che ha scatenato la caccia a questi barioni mancanti, con diverse ipotesi avanzate in letteratura.

E’ verso, a rigore non siamo davanti ad una completa novità: già precedenti studi avevano indicato l’esistenza di grandi aloni intorno alle galassie. Ma i rilevamenti attuali puntano verso un modello di alone molto più grande e massivo di quanto si ritenesse fino ad oggi. Aloni così grandi ma così poco densi, possono essere il serbatoio “ideale” per ritrovare tutti i barioni “persi” nei conteggi.

Potremmo aver dunque scoperto il nascondiglio di questi elusivi barioni. Ovvero, proprio intorno a noi, ma troppo “sparsi” per essere notati…

Così rosse da diventare invisibili. Perlomeno, agli occhi di Hubble. C’è stato bisogno della nota sensibilità infrarossa del telescopio spaziale Spitzer per poterle individuare. Stiamo parlando di alcune galassie rossissime sperse nei più remoti angoli dell’universo. Gli astronomi stanno già studiando e catalogando queste galassie di “nuova specie”. Senza ancora poter dire con sicurezza come mai siano così rosse.

Spitzer è riuscito là dove anche il Telescopio Spaziale Hubble avrebbe certamente fallito. Ce l’ha fatta grazie alla sua estrema sensibilità alle bande infrarosse dello spettro. Una caratteristica vincente, visto che il gruppetto di galassie appena scoperte presentano una luminosità in infrarosso che è circa sessanta volte maggiore di quella che si ha nel colore più rosso che Hubble possa ancora rilevare.

Una rielaborazione un pò di fantasia delle quattro galassie "super rosse" scoperte da Spitzer (Crediti: D.A. Aguillar, CfA)

Come mai tanto rossore? Le galassie, come sappiamo, possono esser rosse per una serie di ragioni. Intanto, possono essere piene di gas e polvere. La presenza di polvere cosmica “arrossa” la radiazione delle stelle, spostando lo spettro di emissione dal visibile alle bande meno energetiche (rosso, infrarosso, per l’appunto). Altra spiegazione: potrebbero essere presenti molte stelle vecchie. Il cui colore predominante è appunto il rosso. Infine, potrebbero essere galassie estremamente lontane, la cui luce viene “stirata” dall’espansione stessa dell’universo, verso lunghezze d’onda più ampie e dunque – ancora – verso le regioni spettrali del rosso e dell’infrarosso.

Gli scienziati ritengono che tutti e tre i motivi potrebbero essere validi, per spiegare la luce proveniente da queste galassie. Le galassie individuate da Spitzer sono quattro, raggruppate insieme: tutto fa pensare che siano fisicamente associate. A motivo della loro grande distanza, le possiamo vedere come fossero ad un solo miliardo di anni dal Big Bang — proprio l’era in cui le prime galassie si venivano formando. La luce che ci arriva oggi da loro infatti è partita proprio a quell’epoca.

Gli studi su tale gruppo di galassie sono appena iniziati. Ci vuole senz’altro una ulteriore determinazione di redshift, per verificare e confermarne la distanza. Inoltre gli astronomi sono alla ricerca di altre galassie simili, in diversi punti dello spazio.

Per ora comunque c’è margine per considerarle una “nuova specie” di galassie. Secondo le parole di Giovanni Fazio, nel team che ha effettuato l’indagine, potrebbero anche costituire un “anello mancante” nell’evoluzione galattica. Altre informazioni potete trovarle nella press release dell’ Harvard Smithsonian Center for Astrophysics.

Hanno scrutato nelle profondità dell’universo, trovando che le galassie appartengono a due soli tipi: quelle “sveglie” e quelle “dormienti”. In altre parole, galassie che formano nuove stelle in maniera molto attiva, o galassie che non ne formano più alcuna.

Gli scienziati sanno già da diversi anni che le galassie nell’universo locale, sembrano appartenere ad uno di questi due stati, senza grandi possibilità di soluzioni “intermedie”. Ora però la nostra conoscenza della faccenda si espande, grazie ad una esplorazione dell’universo più profondo, che ci mostra come anche galassie davvero molto giovani – lontane addirittura 12 miliardi di anni luce – obbediscano alla stessa “legge”, si assoggettino alla semplice dicotomia “sveglio/addormentato”.

Questo è importantissimo, perché ci racconta di una regola generale; ci dice che le galassie si sono sempre comportate in questo modo. O meglio, si sono comportate in questo modo almeno per l’85 % della storia del nostro universo.

“Il fatto che vediamo queste galassie così giovani nel lontano universo, che hanno già ‘chiuso’, è rimarchevole”, spiega Kate Whitaker (Yale University), primo autore nell’articolo dedicato alla ricerca, che è comparso proprio ieri l’altro nell’edizione online della prestigiosa rivista Astrophysical Journal.

Più formi stelle, più sei blu, in pratica... (Image: NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) and the HUDF team)

Per capire in quale stato fossero le galassie osservate, Whitaker e colleghi hanno fabbricato una serie di nuovi filtri, ognuno sensibile ad un ben specifico intervallo di radiazione luminosa, e li hanno poi applicati al telescopio di 4 metri del Kitt Peak, in Arizona. Dopodiché è iniziato… il vero, paziente lavoro. Sono state spese ben 75 notti, impiegate a scrutare nel lontano universo e nel collezionare fotoni da ben 40.000 galassie, da quelle “dietro l’angolo” a quelle poste a distanze quasi inimmaginabili, la cui luce proviene (per l’effetto della velocità finita della radiazione) direttamente dai primordi dell’universo. Il risultato? La più profonda e completa esplorazione mai effettuata, a queste distanze e a questi intervalli di lunghezza d’onda.

Ma poi, raccolti i dati, come capire se vi è formazione stellare, oppure no? Il team ha decifrato il comportamento “duale” delle galassie attraverso il colore della luce che queste emettono. Di norma, infatti, le galassie interessate da formazione stellare attiva mostrano un colore predominante blu, mentre la luce emessa da galassie dormienti, con prevalenza di stelle vecchie, è più spostata verso la parte rossa dello spettro.

Va detto che questo modo di leggere la formazione stellare, probabilmente inevitabile per galassie così lontane, introduce un certo grado di semplificazione; si dà il caso infatti di galassie anche molto vecchie con evidenze di radiazione ultravioletta anche rilevante. E’ il caso ad esempio dell‘eccesso ultravioletto nelle galassie ellittiche, che inizialmente si riteneva fosse dovuto a stelle giovani (inusuali in tali ambienti), mentre poi si è potuto mostrare come anche stelle vecchie, in determinate fasi, siano ottimi produttori di luce blu/ultravioletta.

Tenuto conto delle dovute cautele, dunque, i ricercatori hanno scoperto che le galassie in fasi “intermedie” sono davvero molto poche, e che vi sono molte più galassie “sveglie” di quante ve ne siano “dormienti”. La scoperta mostra di fatto come la fase di passaggio da uno stato ad un altro debba essere rapida, si che nemmeno una ricerca così accurata ne riesce a “cogliere” un buon numero.

Se poi le galassie che dormono, rimangano così indefinitamente, è un’altra faccenda, tuttora aperta.In ogni modo, lo studio suggerisce come le galassie “attive” stiano formando stelle ad un tasso circa 50 volte maggiore di quelle che classifichiamo come “addormentate”.

Siccome, si sa, l’appetito vien mangiando (e questo è vero soprattutto per la ricerca scientifica!), i ricercatori, lungi dal ritenere l’indagine conclusa, sono interessati a capire, adesso, se le galassie possano passare varie volte attraverso i due stati, e se si possa riuscire ad osservarne direttamente qualcuna in stato di “addormentamento”…

Yale University Press Release

Avete presente le galassie, brilluccicanti di milioni e milioni di oggetti stellari? Beh non è cosi semplice che si creino e si sviluppino, se non si “dosa” la materia oscura secondo una attenta valutazione. Troppa o troppo poca.. ed ecco che la galassia svanisce!

La materia oscura è quella sostanza invisibile che permea il nostro universo, che contribuisce in maniera determinante  alla crescita ed allo sviluppo delle galassie di grande massa, nei primi momenti di vita del cosmo.

Dalle simulazioni degli ricercatori, risulta che la dose di materia oscura è tutt’altro che secondaria, nel delicato equilibrio dello sviluppo delle galassie. Mettine troppo poca, e la galassia non si forma nemmeno. Mettine troppa, invece, e il gas non si raffredda in maniera abbastanza efficace per formare una vera galassia “come si deve”, ed invece si creano una miriade di galassiette più piccole. Insomma devi averne la giusta quantità, di materia oscura (anche se non la vedi).

Una regione nei pressi della costellazione dell'Orsa Maggiore, una delle aree scrutate da Herschel. Ogni piccolo puntino in realtà è una intera galassia (Crediti: ESA/Herschel/SPIRE/HerMES)

Dunque la ricetta prescrive, aggiungere materia oscura “quanto basta”. Si ma quanto? potreste giustamente dire voi.

Ebbene per risolvere la questione è arrivato Herschel (a dire la verità, è dal 2009 che è in operazione). La sonda monta un telescopio da 3.5 metri che è sintonizzato nella ricezione della luce in banda infrarossa, proveniente da una enorme serie di oggetti celesti (dagli asteroidi e i pianeti nelle nostre vicinanze, fino alle più lontane galassie).

L’occhio infrarosso di Herschel dunque è andato a scovare la luce infrarossa proveniente da una serie di galassie lontane, in fase di forte formazione stellare. La luce infrarossa di queste strutture forma una vera e propria struttura “a ragnatela”, chiamata radiazione di fondo in infrarosso. Poichè questa dipende strettamente dall’addensamento degli oggetti che la emettono, e questo dipende a sua volta dalla quantità di materia oscura che è presente nell’ambiente, ecco che la catena è chiusa, e si può arrivare alla stima.

Dall’analisi dei dati, risulta che per fare una galassia ci vuole una quantità di materia oscura circa equivalente a 300 miliardi di volte il nostro Sole. Ditemi voi, se vi par poco…….

NASA/JPL Press Release

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