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EGS8p7: una galassia dell'Universo neonato

EGS8p7 vista dal telescopio spaziale Hubble in alto a destra e dallo Spitzer, in infrarosso, in basso a destra.
EGS8p7 vista dal telescopio spaziale Hubble in alto a destra e dallo Spitzer, in infrarosso, in basso a destra. Credit: I. Labbé (Leiden University), NASA/ESA/JPL-Caltech - See more at: http://www.caltech.edu/news/farthest-galaxy-detected-47761#sthash.gSkYTA7V.dpuf

EGS8p7 potrebbe essere una delle galassie più lontane conosciute finora, a 13,2 miliardi di anni luce di distanza, risalente ad un epoca in cui l'Universo aveva appena 600 milioni di anni. E' stata scoperta da un team di ricercatori della Caltech che da tempo si dedica alla ricerca e all'osservazione degli oggetti astronomici più antichi.

I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Astrophysical Journal Letters.

Lyα EMISSION FROM A LUMINOUS z = 8.68 GALAXY: IMPLICATIONS FOR GALAXIES AS TRACERS OF COSMIC REIONIZATION [abstract]

We report the discovery of Lyman-alpha emission (Lyα) in the bright galaxy EGSY-2008532660 (hereafter EGSY8p7) using the Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration spectrograph at the Keck Observatory. First reported by Roberts-Borsani et al., this galaxy was selected for spectroscopic observations because of its photometric redshift (${z}_{\mathrm{phot}}={8.57}_{-0.43}^{+0.22}$), apparent brightness (H${}_{160}=25.26\pm 0.09$), and red Spitzer/IRAC [3.6]–[4.5] color indicative of contamination by strong oxygen emission in the [4.5] band. With a total integration of ~4.3 hr, our data reveal an emission line at sime11776 Å that we argue is likely Lyα at a redshift of ${z}_{\mathrm{spec}}={8.683}_{-0.004}^{+0.001}$, in good agreement with the photometric estimate. The line was detected independently on two nights using different slit orientations and its detection significance is $\sim 7.5\sigma $. An overlapping skyline contributes significantly to the uncertainty on the total line flux, although the significance of the detected line is robust to a variety of skyline-masking procedures. By direct addition and a Gaussian fit, we estimate a 95% confidence range of 1.0–2.5 × 10−17 erg s−1 cm−2, corresponding to a rest-frame equivalent width of 17–42 Å. EGSY8p7 is the most distant spectroscopically confirmed galaxy to date, and the third luminous source in the EGS field beyond ${z}_{\mathrm{phot}}\gtrsim 7.5$ with detectable Lyα emission, viewed at a time when the intergalactic medium is believed to be fairly neutral. Although the reionization process was probably patchy, we discuss whether luminous sources with prominent IRAC color excesses may harbor harder ionizing spectra than the dominant fainter population, thereby creating earlier ionized bubbles. Further spectroscopic follow-up of such bright sources promises important insights into the early formation of galaxies.

All'inizio di quest'anno EGS8p7 era stata identificata come un buon candidato per ulteriori indagini in base ai dati rilevati dai telescopi spaziali Hubble e Spitzer. Successivamente, utilizzando lo spettrometro multi-oggetto per l'esplorazione a infrarossi (multi-object spectrometer for infrared exploration, MOSFIRE) presso l'Osservatorio WM Keck alle Hawaii, i ricercatori hanno effettuato un'analisi spettrografica per determinare il suo redshift, ossia lo "spostamento verso il rosso" della luce proveniente dalle galassie dovuto all'effetto Doppler (un approfondimento di Marco Di Lorenzo è disponibile qui).

Il redshift viene utilizzato per misurare la distanza delle galassie ma è difficile da stabilire quando si guarda così lontano.
Subito dopo il Big Bang, l'universo era una zuppa di particelle cariche (protoni ed elettroni) e fotoni, che si trovavano in un mezzo troppo denso per poter viaggiare liberamente. Circa 380.000 anni dopo, si era raffreddato abbastanza tanto da permettere ad elettroni e protoni di combinarsi formando atomi di idrogeno neutro, e alla luce di propagarsi. Tra il mezzo miliardo e un miliardo di anni di età, iniziarono a formarsi le prime galassie con conseguente reionizzazione del gas neutro.
Tuttavia, prima di questa fase, nota appunto come "reionizzazione", le nuvole di atomi di idrogeno neutro avrebbero assorbito una certa radiazioni emessa dalle giovani galassie, tra cui la cosiddetta linea Lyman-alfa, la firma spettrale dell'idrogeno caldo riscaldato dall'emissione ultravioletta delle stelle in formazione. A causa di questo assorbimento, in teoria, non si sarebbe dovuta osservare alcuna linea Lyman-alfa proveniente da EGS8p7.

"Se si guardano le galassie nell'universo primordiale, c'è un sacco di idrogeno neutro che non è trasparente a questa emissione", ha detto Adi Zitrin, ricercatore del team Hubble, autore del documento. "Ci saremmo aspettati che la maggior parte delle radiazioni emesse da questa galassia fosse assorbita dall'idrogeno circostante. Eppure siamo riusciti a vedere la linea Lyman-alfa".

I dati sono stati ottenuti con lo spettrometro MOSFIRE che scruta stelle e galassie nel vicino infrarosso (0.97-2.45 micron).

"L'aspetto sorprendente del nostro lavoro è stato rivelare la riga Lyman-alfa in una galassia apparentemente debole ad un redshift di 8.68, che corrisponde ad un periodo in cui l'Universo dovrebbe essere ricco di nubi di idrogeno", ha aggiunto Richard Ellis, che è stato un ricercatore della Caltech per 15 anni ed ora insegna astrofisica presso l'University College.

Prima della loro scoperta il record in termini di redshift era detenuto da EGS-zs8-1 con 7,73, cioè la sua luce ha impiegato 13,04 miliardi di anni per raggiungerci. Scoperta nell'area settentrionale della costellazione del Boote, EGS-zs8-1 sta formando stelle molto rapidamente, circa 80 volte più velocemente della nostra galassia. Quindi:

EGS8p7 è la galassia nota più distante?
Si, forse!
E' la galassia più lontana ad oggi spettroscopicamente confermata.

L'oggetto identificato come UDFj-39546284 probabilmente esisteva quando l’Universo aveva solo 380 milioni di anni di età, risultati, tuttavia, ancora incerti.

La distante galassia EGS8p7: rappresentazione grafica

La distante galassia EGS8p7: rappresentazione grafica.
Credit: Adi Zitrin/ Caltech.

In ogni caso, i ricercatori sospettano che la linea Lyman-alfa sia visibile nonostante l'assorbimento dell'idrogeno perché la reionizzazione non sarebbe avvenuta in modo uniforme.
"Le prove riscontrate con diverse osservazioni indicano che il processo di reionizzazione probabilmente è stato irregolare", ha detto Zitrin.

"Attualmente stiamo cercando di calcolare la probabilità di trovare galassie con emissioni simili per capire se la linea temporale della reionizzazione necessita o meno di una revisione e questo rappresenta una delle questioni principali per migliorare la nostra comprensione dell'evoluzione dell'Universo", ha concluso Zitrin.

 

Press release:
- http://www.caltech.edu/news/farthest-galaxy-detected-47761

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
Dal 2009 elaboro le immagini raw delle missioni spaziali insieme a Marco Faccin ed ho creato questo blog ad agosto 2012, in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte.
Per lavoro mi occupo di digital advertising, web e video analytics presso Shiny (SV – Italia) ma passo la maggior parte del tempo libero su questo sito e tra i cataloghi delle foto scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

Sito web: https://twitter.com/EliBonora
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