Un nuovo strumento unico, combinato con un potente telescopio e un piccolo aiuto dalla natura, ha dato ai ricercatori una sbirciatina nel vivaio galattico nel cuore del giovane universo. Dopo il big bang di circa 13,8 miliardi di anni fa, l'universo primordiale era pieno di enormi nubi di gas neutro diffuso note come sistemi Lyman-α in decomposizione, o DLA. Questi DLA fungevano da vivai galattici, poiché i gas contenuti al loro interno si condensavano lentamente, alimentando la formazione di stelle e galassie. Si possono osservare anche oggi, ma non è facile. "Le nuvole DLA sono fondamentali per capire come si formano le galassie nell'universo, ma di solito sono difficili da osservare perché le nuvole sono troppo diffuse e non emettono luce da sole", hanno affermato gli scienziati, ovvero Rongmon Bordoloy, professore associato di fisica alla Carolina del Nord Università statale e ricerca d'autore.
Attualmente, gli astrofisici usano i quasar, buchi neri supermassicci che emettono luce, come "controluce" per rilevare le nuvole DLA. E mentre questo metodo consente ai ricercatori di individuare la posizione dei DLA, la luce dei quasar agisce come piccoli spiedini attraverso l'enorme nuvola, complicando i tentativi di misurarne le dimensioni e la massa complessive.
Ale Bordoloy e John O'Meara, capo scienziato dell'Osservatorio U.M. Keka a Kamuel, Hawaii, ha trovato un modo per aggirare questo problema utilizzando una galassia con lente gravitazionale e la spettroscopia di campo integrale per osservare due DLA e le galassie al loro interno che si sono formate circa 11 miliardi di anni fa, poco dopo il Big Bang.
"Le galassie con lenti gravitazionali sono galassie che appaiono allungate e luminose", afferma Bordoloy. "Questo perché c'è una struttura gravitazionalmente massiccia davanti alla galassia che distorce la luce proveniente da essa mentre si muove verso di noi. Di conseguenza, stiamo guardando una versione ingrandita dell'oggetto: è come usare un telescopio spaziale che ingrandisce e ci offre una visualizzazione migliore".
Il vantaggio di ciò è duplice: in primo luogo, l'oggetto sullo sfondo è allungato dal cielo e luminoso, quindi è facile acquisire letture spettrali da diverse parti dell'oggetto. In secondo luogo, poiché la lente espande l'oggetto, è possibile esaminare parti molto piccole. Ad esempio, se un oggetto è largo un anno luce, possiamo studiare piccoli pezzi con una precisione molto elevata.
Le letture spettrali consentono agli astrofisici di "vedere" elementi dello spazio profondo che sono invisibili ad occhio nudo, come DLA gassosi diffusi e potenziali galassie al loro interno. Di solito, la raccolta delle prove è un processo lungo e scrupoloso. Ma gli scienziati hanno risolto questo problema conducendo la spettroscopia integrale utilizzando il Keck Cosmic Web Imager.
La spettroscopia di campo integrale ha permesso ai ricercatori di ottenere lo spettro di ogni singolo pixel nell'area del cielo a cui era puntato, rendendo molto efficiente la spettroscopia di un oggetto esteso nel cielo. Questa innovazione, combinata con la galassia allungata e luminosa con lenti gravitazionali, ha permesso al team di mappare il gas diffuso del DLA attraverso il cielo con alta precisione. Con questo metodo, i ricercatori sono stati in grado di determinare non solo la dimensione dei due DLA, ma anche che contengono galassie ospiti.
"Ho aspettato questa combinazione per quasi tutta la mia carriera: un telescopio e uno strumento abbastanza potenti e la natura che ci ha dato un po' di fortuna per studiare non uno, ma due DLA in un modo nuovo", hanno detto gli scienziati. "È fantastico vedere la scienza messa in pratica".
A proposito, il DLA è enorme. Con un diametro di oltre 17,4 kiloparsec, sono più di due terzi delle dimensioni della moderna Via Lattea. Per fare un confronto, 13 miliardi di anni fa, il diametro di una tipica galassia era inferiore a 5 kiloparsec. Un parsec è 3,26 anni luce e un kiloparsec è 1000 parsec, quindi la luce impiega circa 56 anni per viaggiare attraverso ciascun DLA.
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