Ossigeno in una galassia primordiale

Gli astronomi utilizzando l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hanno rilevato un segnale chiaro da ossigeno in una galassia situata a 13,1 miliardi di anni luce di distanza da noi. Si tratta dell’ossigeno più distante rilevato. Questo rilevamento è un passo fondamentale per comprendere l’enigmatica “reionizzazione cosmica” nella storia dell’Universo primordiale. Le osservazioni hanno aperto una nuova finestra per sondare il giovane Universo con ALMA.

Il team ha osservato SXDF-NB1006-2, una galassia a 13,1 miliardi di anni luce di distanza, utilizzando ALMA. Questa galassia è stata scoperta nel 2012 dal telescopio Subaru gestito dal National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) e osservazioni successive con il Keck Observatory hanno dimostrato che fosse la galassia più lontana conosciuta in quel momento.

“La ricerca di elementi pesanti nell’Universo primordiale è essenziale per esplorare l’attività di formazione stellare in quel periodo”, ha detto Akio Inoue di Osaka Sangyo University, in Giappone, autore principale dello studio pubblicato su Science. Attualmente intorno a noi nell’Universo si trovano molteplici elementi, ma subito dopo il Big Bang esistevano solo gli elementi più leggeri. Gli elementi più pesanti, come il carbonio e l’ossigeno, si sono formati nelle stelle e si sono accumulati nell’Universo col tempo. “Studiare gli elementi pesanti ci dà anche un suggerimento per comprendere come le galassie si siano formate e che cosa ha causato la reionizzazione cosmica”, ha aggiunto Inoue.
Prima che i primi oggetti celesti si formassero, l’Universo si è riempito di gas elettricamente neutro. Gli oggetti celesti emettevano forti radiazioni e hanno iniziato a ionizzare il gas neutro, poche centinaia di milioni di anni dopo. Questo periodo è noto come “reionizzazione cosmica”. Lo stato di tutto l’Universo è cambiato radicalmente durante la reionizzazione cosmica. Ma il processo è avvolto nel mistero. Si è discusso che tipo di oggetti abbiano causato la reionizzazione.

La rilevazione di luce emessa da ossigeno ionizzato in galassie molto distanti è stata una nuova sfida per ALMA: si tratta della rilevazione più distante di ossigeno mai ottenuta ed è la prova certa della presenza di ossigeno nell’Universo molto giovane, soltanto 700 milioni di anni dopo il Big Bang. Il team ha stimato che l’abbondanza di ossigeno in SXDF-NB1006-2 sia dieci volte inferiore a quella osservata nel Sole.
“La scarsa abbondanza è prevista perché l’Universo era ancora giovane e aveva una storia breve di formazione stellare in quel periodo”, ha commentato Naoki Yoshida dell’Università di Tokyo. “In effetti, la nostra simulazione aveva previsto un’abbondanza dieci volte inferiore al Sole. Ma abbiamo un altro, inatteso, risultato: una scarsa quantità di polvere”. Il team è stato anche in grado di rilevare eventuali emissioni di carbonio nella galassia. “Qualcosa di insolito accade in questa galassia”, ha detto Inoue. “Ho il sospetto che quasi tutto il gas sia altamente ionizzato.”

L’emissione da ossigeno ionizzato indica che un certo numero di stelle giganti, diverse decine di volte più massicce del Sole, si siano formate nella galassia ed emettano intensa luce ultravioletta. I deficit di polvere e carbonio nella galassia sono di fondamentale importanza per la reionizzazione cosmica, in quanto consentono alla luce intensa ionizzante di sfuggire alla galassia e di ionizzare grandi quantità di gas al di fuori di essa. “Sxdf-nb1006-2 potrebbe essere un prototipo delle sorgenti luminose responsabili della reionizzazione cosmica”, ha detto Inoue.

“Questo è il primo passo per comprendere che tipo di oggetti abbia causato la reionizzazione cosmica”, ha spiegato Yoichi Tamura dell’Università di Tokyo. “Le nostre prossime osservazioni con ALMA sono già iniziate. Osservazioni a risoluzione più alta permetteranno di osservare la distribuzione e il movimento dell’ossigeno ionizzato nella galassia e forniranno informazioni preziose per comprendere le proprietà della galassia”.

http://m.phys.org/news/2016-06-scientists-distant-oxygen-universe.html