Comunicato Stampa

ALMA trova il più distante ossigeno finora osservato

16 Giugno 2016

Un'equipe di astronomi ha usato ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) 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 ionizato 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 (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) 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.

L'equipe sperava di trovare gli elementi chimici pesanti [1] 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 del'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.

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 del'ossigeno avrebbe dovuto essere rivelabile, anche a distanze notevoli [2].

Hanno quindo effettuato osservazioni di elevata sensibilità con ALMA [3] e trovato la luce dell'ossigeno ionizzato in SXDF-NB1006-2, rendendola quindi la più distante rilevazione inequivocabile di ossigeno mai ottenuta [4]. È solida evidenza della presenza di ossigeno nell'Universo primordiale, solo 700 milioni di anni dopo il Big Bang.

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 massice del Sole, si sono formate nella galassia e stanno ementtendo intensa luce ultravioletta che poi ionizza gli atomi di ossigeno.

"L'assenza di polvere nella galassia permette all'intensa radiazone 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."

Note

[1] In termini astronomici, gli elementi chimici più pesanti del litio sono chiamati elementi pesanti.

[2] Il satellite giapponese per astronomia infrarossa AKARI ha trovato che questo tipo di emissione dell'ossigeno è molto brillante nella Grande Nube di Magellano, che ha un ambiente simile all'Universo primordiale.

[3] La lunghezza d'onda originale della luce dell'ossigeno doppiamente ionizzato è di 0,088 mm. La lunghezza d'onda della luce di SXDF-NB1006-2 è stirata fino a 0,725 mm dall'espansione dell'Universo, rendendo la luce osservabile da ALMA.

[4] Lavori precedenti di Finkelstein et al. hanno suggerito la presenza di ossigeno a epoche ancora precedenti, ma non c'era una rilevazione diretta della righa di emissione, come in questo caso.

Ulteriori Informazioni

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.

L'equipe è composta da: Akio Inoue (Osaka Sangyo University, Giappone), Yoichi Tamura (The University of Tokyo, Giappone), Hiroshi Matsuo (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Giappone), Ken Mawatari (Osaka Sangyo University, Giappone), Ikkoh Shimizu (Osaka University, Giappone), Takatoshi Shibuya (University of Tokyo, Giappone), Kazuaki Ota (University of Cambridge, Regno Unito), Naoki Yoshida (University of Tokyo, Giappone), Erik Zackrisson (Uppsala University, Svezia), Nobunari Kashikawa (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Giappone), Kotaro Kohno (University of Tokyo, Giappone), Hideki Umehata (ESO, Garching, Germania; University of Tokyo, Giappone), Bunyo Hatsukade (NAOJ, Giappone), Masanori Iye (NAOJ, Giappone), Yuichi Matsuda (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Giappone), Takashi Okamoto (Hokkaido University, Giappone) e Yuki Yamaguchi (University of Tokyo, Giappone).

ALMA, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, un osservatorio astronomico internazionale, è una collaborazione fra l'Europa, la U.S. National Science Foundation (NSF) e gli Istituti Nazionali di Scienze Naturali del Giappone (NINS),  in cooperazione con la repubblica del Cile. ALMA è stato fondato dall'ESO per conto dei suoi stati membri, dall'NSF in cooperazione con il National Research Council del Canada (NRC) e il National Science Council di Taiwan (NSC) e dal NINS in cooperazione con l'Accademia Sinica di Taiwan (AS) e l'Istituto di Astronomia e Scienze Spaziali della Corea (KASI).

La costruzione e la gestione di ALMA sono condotte dall'ESO per conto dei suoi stati membri, dall'Osservatorio Nazionale di Radio Astronomia (NRAO) gestito dalle Associated Universities, Inc. (AUI) per conto del Nord America e dall'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) per conto dell'Asia Orientale. L'osservatorio congiunto di ALMA (JAO: Joint ALMA Observatory) fornisce la guida unitaria e la gestione della costruzione, del commissioning e delle operazioni di ALMA.

L'ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 16 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera, oltre al paese che ospita l'ESO, il Cile. L'ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L'ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L'ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l'ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d'avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L'ESO è il partner principale di ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. E sul Cerro Armazones, vicino al Paranal, l'ESO sta costruendo l'European Extremely Large Telescope o E-ELT (significa Telescopio Europeo Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

La traduzione dall'inglese dei comunicati stampa dell'ESO è un servizio dalla Rete di Divulgazione Scientifica dell'ESO (ESON: ESO Science Outreach Network) composta da ricercatori e divulgatori scientifici da tutti gli Stati Membri dell'ESO e altri paesi. Il nodo italiano della rete ESON è gestito da Anna Wolter.

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