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Nuove immagini di Webb fanno luce sulla formazione degli ammassi di galassie

Separando diverse lunghezze d'onda della luce, possiamo tracciare il movimento del materiale verso e lontano dalla Terra.
Ingrandire / Separando diverse lunghezze d’onda della luce, possiamo tracciare il movimento del materiale verso e lontano dalla Terra.

Un team di ricercatori pubblica un documento basato su nuove immagini catturate dal telescopio spaziale Webb. Le immagini mostrano una densa concentrazione di materia nell’Universo primordiale, probabilmente indicando le prime fasi della formazione degli ammassi di galassie. E grazie allo spettrografo in atto, Webb è stato in grado di confermare che anche diverse galassie precedentemente riprese da Hubble facevano parte dell’ammasso. Ha anche tracciato il flusso di gas espulso dalla più grande galassia esistente.

Grafico lo spettro

L’hardware chiave per questo lavoro è NIRSpec, lo spettrografo nel vicino infrarosso che fa parte del pacchetto di strumenti di Webb. Sebbene lo strumento stesso sia sofisticato, opera in base a principi importanti per il funzionamento di cose come la fotocamera del tuo cellulare.

In queste fotocamere consumer, i sensori registrano la luminosità di tre diverse aree dello spettro visibile: rossa, verde e blu. Le immagini risultanti vengono create combinando queste informazioni, con diverse aree dell’immagine che mostrano intensità diverse di ciascuno di questi colori.

Uno spettrografo funziona anche monitorando l’intensità della luce in una regione limitata dello spettro. La differenza principale è che le fette spettrali mostrate sono molto più piccole dell’intera gamma di un colore come il blu. E in questo caso, in realtà non sono affatto colori: tutte le lunghezze d’onda sono nella parte infrarossa dello spettro. Proprio come le immagini RGB prodotte da una fotocamera, ogni parte dello spettro può essere analizzata individualmente o combinata in un’immagine “a colori” completa che copre un’ampia gamma dello spettro.

Perché uno spettrografo è utile per osservare oggetti distanti? Ci sono due modi in cui è stato cruciale per questo studio. Il primo è che la luce dell’universo primordiale viene spostata verso il rosso mentre si espande verso la Terra. Pertanto, i fotoni ad alta energia a lunghezze d’onda come l’UV vengono gradualmente allungati fino a quando Webb non li registra come fotoni infrarossi. Sapere esattamente quanto sono allungati ci dice la distanza dagli oggetti e abbiamo bisogno di conoscere la loro lunghezza d’onda attuale per determinarla. Uno spettrografo fornisce queste informazioni.

La seconda capacità chiave che offre uno spettrografo è il monitoraggio dei materiali in movimento. Tutti gli elementi hanno una gamma di lunghezze d’onda specifiche a cui emettono luce. Tuttavia, mentre si muovono rispetto a un osservatore, l’effetto Doppler sposta quella lunghezza d’onda in rosso o blu, cambiando leggermente la lunghezza d’onda (questo effetto si verifica in aggiunta allo spostamento verso il rosso causato dalla distanza). Quindi, identificando le emissioni di un particolare elemento e vedendo come vengono spostate, possiamo tracciare il movimento di quegli atomi anche su lunghe distanze.

Una galassia attiva in un denso ammasso

Per il nuovo lavoro, Webb è stato indicato a qualcosa chiamato quasar, o nucleo galattico attivo. Questi sono incredibilmente luminosi a causa di tutta la luce prodotta mentre la materia vortica intorno ai buchi neri supermassicci che sono nel cuore delle galassie. In questo caso, il quasar chiamato J1652 era stato identificato come molto rosso, suggerendo che la sua luce fosse fortemente spostata verso il rosso e quindi lo abbiamo visto com’era nell’Universo primordiale.

L’imaging Webb ha confermato che il colore rosso di J1652 era dovuto a un significativo spostamento verso il rosso; lo spostamento verso il rosso aveva un valore di z ≈ 3, il che significa che la galassia è considerata come esisteva oltre 11 miliardi di anni fa. Si pensa che questo sia un momento critico nell’evoluzione della galassia, quando le tremende energie rilasciate dai loro buchi neri supermassicci hanno iniziato a forzare il materiale di formazione stellare fuori dalla galassia, ponendo limiti alla formazione stellare.

Un altro risultato notevole dei dati spettrografici è che almeno altri tre oggetti scoperti nelle immagini di Hubble nella stessa regione avevano lo stesso spostamento verso il rosso. Ciò significa che sono altre galassie nelle immediate vicinanze di J1652. Dato che l’intera area dell’immagine è di 85.000 anni luce, questa è una concentrazione molto alta di galassie. (In confronto, la Via Lattea ha un diametro di oltre 100.000 anni luce, sebbene sia significativamente più grande di queste prime galassie.)

Oltre a confermare le distanze, i dati Webb hanno consentito ai ricercatori di tracciare gli atomi di ossigeno ionizzato che emettono a una lunghezza d’onda appropriata. Gli spostamenti rosso e blu visibili in questi dati mostrano che il quasar sta espellendo materiale sia all’incirca verso la Terra che nella direzione opposta, coerentemente con i due getti spesso formati da buchi neri. La grande quantità di materiale espulso è anche coerente con l’idea che la formazione di quasar può limitare la formazione stellare facendo esplodere le materie prime.

Ma i ricercatori sembrano più interessati all’altissima densità di galassie nell’area generale. Sulla base della quantità di materia presente, i ricercatori deducono la quantità di materia oscura e concludono che questa è un’area dell’universo densa come abbiamo immaginato finora, che credono sia il prodotto di una fusione di due diversi la materia oscura è aloni.

L’arXiv. Numero astratto: 2210.10074 (Informazioni sull’arXiv). Pubblicato in The Astrophysical Journal Letters.

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