Gli scienziati vedono flora, fauna e fenomeni che il resto di noi vede raramente. In questa serie, li abbiamo invitati a condividere le loro foto uniche.
In tutta l’Australia, gli astronomi stanno usando tecnologie all’avanguardia per catturare il cielo notturno, sperando di riuscire ad affrontare alcune delle nostre più grandi domande sull’universo.
Mentre noi e i nostri colleghi scaviamo più a fondo nel cosmo, alla ricerca di esplosioni cosmiche, le nostre osservazioni stanno aiutando a far luce su misteri di vecchia data – e a fare strada a percorsi di indagine completamente nuovi.
Le eruzioni cosmiche riempiono il cielo
Il programma Deeper, Wider, Faster (DWF) della Swinburne – a cui una di noi (Sara Webb) ha lavorato per tutto il suo dottorato – è stato sviluppato per dare la caccia alle esplosioni più veloci e misteriose dell’universo.
Ma per capire cosa causa le esplosioni cosmiche, dobbiamo guardare questi eventi con più occhi, attraverso diversi telescopi in tutto il mondo. Oggi vi accompagneremo in un viaggio utilizzando i dati di uno di questi telescopi, il Blanco 4m, presso l’Osservatorio Interamericano Cerro Tololo in Cile.
Il telescopio Blanco 4m in Cile. Questo telescopio ha una telecamera per l’energia oscura collegata ad esso. Rebecca Allen
Per prima cosa, tutte le oltre 60 immagini individuali prese dal campo visivo di questo telescopio vengono combinate in un mosaico. Al loro interno, vediamo le migliaia di sorgenti luminose.
Questo è un esempio di dati della telecamera per l’energia oscura presi dal programma DWF. Questa immagine è di un’enorme sezione del cielo. Sara Webb
Queste immagini vengono trasferite attraverso il Pacifico per essere elaborate sul supercomputer OzStar della Swinburne – che è più potente di 10.000 computer portatili e può gestire migliaia di lavori diversi contemporaneamente.
Una volta caricate, le immagini vengono suddivise in pezzi più piccoli. Questo è il momento in cui si iniziano a vedere i dettagli.
Nella foto alcune delle galassie visibili all’interno di piccoli ritagli di dati inviati al programma DWF dal Blanco 4m. Sara Webb
Ma le galassie qui sopra, per quanto spettacolari, non sono ancora quello che stiamo cercando. Vogliamo catturare nuove sorgenti derivanti da stelle morenti e da esplosioni cosmiche, che possiamo identificare facendo cercare ai nostri computer la luce in posti dove non era stata precedentemente rilevata.
Una sorgente potrebbe essere molte cose diverse, tra cui una stella in fiamme, una stella morente o un asteroide. Per scoprirlo dobbiamo raccogliere informazioni continue sulla sua luminosità e sulle diverse lunghezze d’onda della luce che emette, come radio, raggi X, raggi gamma e così via.
A sinistra c’è una vecchia immagine di un pezzo di cielo e a destra un’immagine aggiornata con una nuova sorgente appena apparsa. Questa è probabilmente una stella di brillamento o un asteroide. Sara Webb
Una volta individuata una sorgente, monitoriamo i cambiamenti della sua luminosità nelle ore e nei giorni successivi. Se pensiamo che possa rappresentare una rara esplosione cosmica, attiviamo altri telescopi per raccogliere ulteriori dati.
Scrutando nel lontano passato
Le galassie sono vaste collezioni di stelle, gas, polvere e materia oscura. Variano per forma, dimensione e colore, ma i due tipi principali che vediamo oggi nell’universo sono le spirali blu e le ellittiche rosse. Ma come si formano? E perché ne esistono diversi tipi?
Gli astronomi sanno che le forme e i colori di una galassia sono legati alla sua evoluzione, ma stanno ancora cercando di capire esattamente quali forme e colori sono legati a specifici percorsi di crescita.
Pensiamo che le galassie crescano in dimensioni e massa attraverso due canali principali. Producono stelle quando le loro vaste nubi di idrogeno collassano sotto la gravità. Man mano che più gas viene trasformato in stelle, esse crescono di dimensioni.
Grazie alla tecnologia spaziale come il telescopio spaziale Hubble e ai potenti telescopi terrestri, gli astronomi possono ora guardare indietro nel tempo per studiare la crescita delle galassie nella storia dell’universo.
Questo è possibile perché più una galassia è lontana, più a lungo la sua luce ha viaggiato per raggiungerci. Poiché la velocità della luce è costante, possiamo determinare quando la luce è stata emessa, a patto di conoscere la distanza della galassia dalla Terra (chiamata redshift).
Una selezione di galassie lontane individuate nel mio studio sulla crescita delle galassie nel tempo. Queste appaiono molto diverse dalle galassie vicine. Rebecca Allen
Ho misurato questa crescita come parte del mio dottorato, scattando immagini di galassie che esistono a diversi redshift da quando l’universo aveva solo un miliardo di anni e confrontando le loro dimensioni.
Quando le galassie si fondono
Guardando l’universo oggi, vediamo per lo più galassie raggruppate insieme. Gli astronomi credono che la natura dei dintorni di una galassia o il suo ambiente possano influenzare i suoi percorsi di crescita, in modo simile a come le persone nelle grandi città possono accedere a più risorse di quelle nelle zone rurali.
Quando molte galassie sono raggruppate insieme possono interagire. E questa interazione può stimolare esplosioni di formazione stellare all’interno di una particolare galassia.
Detto questo, questo slancio di crescita può essere di breve durata, poiché il gas e le stelle possono essere spazzati via dall’interazione gravitazionale tra più galassie, limitando così la futura formazione e crescita stellare in una singola galassia.
Questa immagine è stata catturata utilizzando il telescopio spaziale Hubble. Mostra un gruppo di galassie a spirale, che gli astronomi possono determinare chiaramente grazie all’alta risoluzione dell’immagine. Rebecca Allen
Ma anche se una galassia non può formare stelle, può comunque crescere fondendosi con galassie più piccole o consumandole. Per esempio, la Via Lattea un giorno consumerà le piccole nubi di Magellano, che sono galassie nane. Un giorno si fonderà anche con la galassia di Andromeda, leggermente più grande, per formare una galassia gigante.
Tuttavia, anche se sono stati condotti molti studi per svelare l’evoluzione delle galassie, non possiamo ancora dire che tutte le nostre domande abbiano avuto una risposta.
Ci sono voluti miliardi di anni per formare gli ammassi di galassie che osserviamo oggi. Ma se gli astronomi possono sfruttare le ultime tecnologie e scrutare più lontano che mai, speriamo di ottenere indizi su come l’ambiente di una galassia può influenzare la sua crescita.
Nella foto ci sono due gruppi di galassie lontane che esistevano quando l’universo aveva un quarto della sua età attuale. Questi gruppi di galassie alla fine si riuniranno e formeranno una struttura simile all’ammasso della Vergine. Li ho studiati entrambi per saperne di più su come crescono le galassie al loro interno. Rebecca Allen
La curvatura dello spaziotempo rivela dei segreti
Con decenni di osservazioni e milioni di galassie catturate nei sondaggi, gli esperti hanno molte teorie su come si formano le galassie e su come si evolve l’universo. Questo campo è chiamato cosmologia.
Grazie ad Albert Einstein, sappiamo che la forza gravitazionale degli oggetti massicci nello spazio fa sì che lo spazio si pieghi. Questo è stato osservato attraverso un fenomeno noto come lensing, dove grandi quantità di materia si concentrano in una zona all’interno di oggetti come buchi neri, galassie o ammassi di galassie.
La loro gravità distorce lo spaziotempo, agendo come una lente gigante che rivela immagini deformate di oggetti più lontani dietro di loro. Usando le lenti, gli astronomi hanno sviluppato modi per trovare e studiare galassie lontane che altrimenti sarebbero nascoste alla vista.
Un insieme di lenti per galassie. La massiccia gravità della galassia in primo piano distorce lo spaziotempo, agendo come una lente che rivela un’immagine deformata di una galassia lontana di sfondo. Rebecca Allen
Queste osservazioni continuano a guidare la nostra comprensione dell’evoluzione delle galassie. Stanno sfidando le nostre teorie su quando e come le galassie si formano e crescono.
Una scoperta del 2018 fatta da un gruppo di ricercatori, me compreso, ha rivelato un insieme di galassie massicce e già evolute di quando l’universo aveva solo un sesto della sua età attuale. Avrebbero dovuto formarsi e crescere in modo estremamente rapido per adattarsi ai nostri attuali modelli di crescita delle galassie.
In una prossima indagine, il professor Karl Glazebrook della Swinburne condurrà me e il mio team a diventare alcuni dei primi astronomi a cui è stato concesso l’accesso al James Webb Space Telescope della Nasa per studiare queste prime galassie.
Una delle massicce galassie quiescenti che il nostro team studierà. Pur essendo estremamente grande, le sue stelle più vecchie e la sua distanza la fanno apparire come una piccola pepita rossa tra le galassie molto più luminose e vicine. Rebecca Allen, Autore fornito
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Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale.