17/12/20

La galassia più lontana (e antica) è... giapponese **

Questo articolo è inserito nella pagina d'archivio "Record stellari"

 

Una notizia che ci potevamo, ovviamente, aspettare. La tecnologia osservativa di oggi permette senza dubbio di trovare oggetti già "costruiti" (come le galassie primordiali), che si avvicinino sempre di più al limite dell'Universo Osservabile. Niente di sensazionale, ma un'occasione in più per richiamare i concetti fondamentali di ciò che ci mostra l'Universo.

Il rumore cosmico di fondo ci ha già permesso di stabilire i limiti dell'Universo Osservabile e nel contempo farlo coincidere con l'Universo realmente Osservato. Niente, infatti, può essere più antico e lontano del rumore di fondo, la prima luce  creatasi e resa libera di viaggiare senza intralci verso il futuro. Oggi riceviamo distintamente questo segnale e possiamo definire perfettamente lo sfondo del palcoscenico del nostro Infinito Teatro del Cosmo. Dietro le quinte ci sono ancora molti misteri da scoprire, finora basati solo su ipotesi non verificate e, per il momento, non verificabili. Lo sfondo, però, è ben saldo.

Sì, ma quali sono gli attori più lontani? Possiamo considerare le galassie, in fasce  oppure no, ma che abbiano delle chiare caratteristiche di corpo composto da materia e non da sola energia. Esse nascono sicuramente dopo il rumore di fondo e solo lo studio del loro redshift ci può dire la distanza.

Attenzione: età e distanza sono due cose abbastanza diverse. Una galassia potrebbe anche essere nata da pochi milioni di anni ed essere vista da noi solo oggi (esempio assurdo, ma semplificato). Essa sarebbe giovane e sarebbe anche vicina. Giovane, perché nata da poco tempo; vicina, perché la sua luce ha impiegato pochi milioni di anni a giungere fino a noi.

Se la stessa galassia (quindi della stessa età) fosse molto più lontana, non la vedremmo oggi, ma tra milioni di anni.

La galassia scoperta recentemente è sicuramente molto antica, visto il suo livello di formazione, ma è soprattutto molto lontana, dato che il suo redshift si avvicina moltissimo a quello del rumore di fondo (tale da confermare che la sua luce è partita intorno ai 13.4 miliardi di anni fa).

L'Universo degli attori cosmici OSSERVATO non coincide ancora con quello OSSERVABILE che ci viene fornito dal rumore di fondo, ma sicuramente si sta sempre più avvicinando. L'Universo OSSERVATO dipende infatti dalla strumentazione che riusciamo a utilizzare, mentre l'Universo OSSERVABILE oggi è qualcosa di indipendente dalla nostra tecnologia. Esso dice soltanto dove si trova OGGI la galassia più lontana, la cui luce ci colpisce OGGI.  Luce, questa, che è partita molti miliardi di anni fa.

Non è detto, però, che, pur colpiti, si sia in grado di rilevarla con i nostri mezzi osservativi.  Per riuscire a farlo è necessario che la luminosità intrinseca dell'oggetto celeste sia veramente molto alta. L'Universo OSSERVATO, perciò, ha dei "buchi" molto numerosi, che dipendono, soprattutto, da quanta luce viene emessa. A parità di distanza potrei vedere un buco nero che "spara" i suoi getti potentissimi e non vedere ovviamente un pianeta con una temperatura molto bassa.

Tuttavia, la nuova galassia scoperta è veramente vicinissima allo sfondo del palcoscenico, praticamente coincidente con esso, ossia oggi si troverebbe proprio alla distanza più grande possibile per un oggetto nato subito dopo il rumore di fondo.

Capiamo tutto ciò in modo molto semplice, ipotizzando un Universo NON in espansione, attraverso una figura molto schematica. Risultati analoghi si otterrebbero utilizzando coordinate speciali, ma visto il numero di asterischi teniamoci in un Universo "statico" (d'altra parte perfino Einstein lo pensava, all'inizio).

Si può fare considerando il Big Bang come una linea infinita orizzontale (rossa): esso è stato il tutto e possiamo raffigurarlo come infinito e come l'inizio del tempo. Perpendicolarmente a lui tracciamo le linee di Universo di oggetti che stanno fermi nello spazio (le galassie) e si muovono solo nel tempo, attraverso linee che sono, giocoforza, parallele tra loro e all'asse del tempo.

La linea di Universo NOSTRA, ossia della nostra galassia, sia quella spessa centrale (la posizione la possiamo scegliere come vogliamo, tanto quello che importa è la distanza relativa da noi). Consideriamo soltanto gli oggetti che riusciamo ad osservare OGGI.

Disegniamo perciò una galassia A appena nata (colore azzurro) e molto lontana. Essa è nata probabilmente durante il periodo di nebbia  (grigia) che è intervenuto dopo la breve luce del rumore cosmico di fondo (linea arancione). Il tempo trascorso tra il rumore di fondo e la nascita della galassia è molto breve e quindi possiamo quasi confondere le linee  arancioni e azzurre che indicano la luce che arriva oggi a noi (partite però in tempi veramente primordiali). Come in tutti diagrammi spaziotemporali incliniamo la luce di 45°, in modo da utilizzare la stessa scala sia per il tempo che per lo spazio.

La galassia azzurra A è quella di cui abbiamo parlato all'inizio, la più antica (vediamo infatti la luce di quando era appena nata), ma proprio perché la vediamo solo OGGI vuol dire che è anche estremamente lontana, dato che il tempo impiegato a raggiungerci è stato lunghissimo. Dove si trova oggi questa galassia? Si trova in A',  al limite dell'Universo Osservabile, ossia della sola parte di Universo che noi potremmo avere visto fino ad OGGI. La luce di oggetti più lontani, anche se della stessa età (come la galassia B che oggi si troverebbe in B'), non potrebbe ancora averci raggiunto.

Nella stessa figura, abbiamo inserito anche una galassia azzurra C, anch'essa appena nata, ma vicina. La sua età evolutiva è la stessa di quella della galassia  A, ma la vediamo solo oggi dato che è nata da poco. Quella che vediamo oggi è la sua prima luce che ci invia. Prima... non esisteva ancora. Inseriamo ancora un'altra galassia, la verde D. Essa è molto antica, ossia nata al tempo della galassia A, ma  molto più vicina alla linea di Universo della nostra galassia che, magari ,non era ancora nata. Sono quindi miliardi di anni che la sua luce giunge a noi, essendo vicina, e quella che vediamo oggi è la luce inviata quando ormai la galassia D aveva già raggiunto un bella età. La vediamo perciò molto più vecchia e stanca della A, anche se sono nate assieme.

Tiriamo qualche conclusione fondamentale:

Le galassie come A e D , essendo nate assieme, ma a distanza diverse  (e quindi la loro luce impiega tempi diversi a raggiungerci), ci riescono a mostrare l'evoluzione fisica delle galassie primordiali, ossia il loro invecchiamento. Una galassia come la C ci dice soltanto che anche in tempi successivi sono nate delle galassie. La nostra galassia è, probabilmente molto antica, ma il nostro pianeta (ossia chi osserva tutto ciò) è nato solo 4.5 miliardi di anni fa. In questo schema ultra semplificato, per poter vedere una galassia primordiale B, ancora più distante di A, basterebbe solo che la sua luce ci raggiunga. Se ciò capitasse vorrebbe dire che l'Universo REALE sarebbe più grande dell'Universo OSSERVABILE.

Galassie primordiali e lontane come E, o vicine come F, fanno sempre parte dell'Universo OSSERVABILE (la loro luce ci sta raggiungendo), ma la nostra tecnologia non ci permette ancora di vederle, dato che la loro luminosità intrinseca è troppo bassa. Esse non fanno parte dell'Universo OSSERVATO.

Infine, anche se teoricamente noi potremmo già aver visto e/o vedere  OGGI il Big Bang, non ci riusciamo, dato tra Big Bang e rumore di fondo vi è un breve periodo (nero) in cui era vietato alla luce di correre verso il futuro (troppe particelle e troppa concentrazione di materia). Per vedere il Big Bang (più o meno) dovremo affidarci a un tipo diverso di informazione che non sia la luce, ma, ad esempio (speriamo!) le onde gravitazionali.

L'Universo in espansione complica un po' le cose, soprattutto vieterebbe a galassie come B di farci arrivare la sua luce. In altre parole l'Universo Osservabile non crescerebbe così semplicemente e sicuramente. Il concetto di base rimane, comunque, lo stesso. Per saperne di più andate a (ri) leggere la serie di articoli che è stata ripresa da Daniela proprio in questo periodo...

In buona parte mi sono ripetuto, ma capire questo concetto vuol dire iniziare a capire veramente lo spaziotempo e il grande vantaggio che ci dà una velocità della luce piuttosto bassa per l'immensa scala del nostro Infinito Teatro.

L'immagine che segue mostra la vecchia e lontana galassia GN-z11, che, per il momento detiene un record prestigioso: quello di essere la galassia più lontana (e antica) mai osservata.

Nella parte bassa della figura sono segnate le righe del carbonio del suo spettro che si trovano oggi a circa 2.28 micron, mentre dovrebbero trovarsi a 0.2 micron. Questa enorme differenza (un fattore 10) ci indica quanto sia grande lo spostamento verso il rosso, ossia il redshift, e quindi quanto sia lontana la galassia: quella che è partita come luce ultravioletta (molto energetica) è osservata oggi come luce infrarossa (molto "stanca"), a causa dello "stiramento" dello spazio a causa dell'espansione dell'Universo.

Fonte: Kashikawa et al., Università di Tokio.

Beh... una bella occasione per rinfrescare i meno esperti con alcune nozioni importantissime.

Articolo originale QUI

 

Per avere un'idea di quanto possa essere "stancante" per la luce un viaggio lungo 13.4 miliardi di anni, vi consigliamo di leggere quanto ci ha raccontato un fotone che ha percorso un tragitto lungo poco più della metà.

QUI parliamo di come la velocità finita della luce, unita all'espansione dell'Universo, fa sì che il cielo notturno sia come lo vediamo e non totalmente illuminato (paradosso di Olbers)

 

5 commenti

  1. Mario Fiori

    Interessante Enzo. Probabilmente non è finita perchè ce ne potrebbero essere di più vecchie, mi sembra di capire: ma non di molto perchè presto c'è sicuramente il buio.

  2. Mi ricordi Leopardi e un vecchio film : "il buio oltre la siepe".  Un buio che solo le onde gravitazionali potranno svelare... Il buio della vera creazione.

  3. Paolo

    Caro Enzo, chissà se quella lontana galassia possiede già un massiccio buco nero centrale.

    Sulle Onde gravitazionali per ora il Big Bang mi sembra fuori portata anche per la missione LISA Pathfinder.

    Se non ricordo male inizialmente la NASA aveva in progetto una missione definita "Big Bang Observer", usando 4 satelliti tipo LISA, ma poi è stata cancellata.

    Sai, oggi si preferisce inquinare lo spazio intorno alla Terra con satelliti per le telecomunicazioni come quelli dell’agenzia Space X, che oltre a rappresentare un pericolo per i viaggi spaziali, pregiudicano l’osservazione del cielo da Terra… d’altronde l’importante è avere lo smartphone sempre più veloce ed i neuroni sempre più lenti!

    Paolo

  4. sembra proprio di sì, caro Paolino!

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