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livello elementare.
ARGOMENTO: ASTRONOMIA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: UNIVERSO
parole chiave: alba cosmica
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Oggi, enormi distese dello spazio lontano sembrano cristalline, ma non è sempre stato così. Durante la sua genesi, l’universo era avvolto in una “nebbia” che lo rendeva opaco, nascondendo le prime stelle nelle galassie in formazione. Un periodo critico nell’evoluzione dell’Universo che ancora nasconde molti misteri e che la NASA, che sta ultimando i controlli del prossimo telescopio spaziale, il Nancy Grace Roman Space Telescope1 (noto tecnicamente come Wide Field InfraRed Survey Telescope o WFIRST).
Il Nancy Grace Roman Space Telescope – Fonte NASA
ROMAN New Model V8 RomanStill00049.png – Wikimedia Commons
Il Nancy Roman Telescope verrà lanciato nel 2027 con il compito di esplorare l’alba cosmica, ovvero quel periodo lunghissimo durante il quale iniziò la transizione dell’Universo da un insieme “nebuloso” al brillante paesaggio stellare che vediamo oggi. Il nuovo telescopio spaziale verrà impiegato anche per lo studio dell’energia oscura, accelerazione cosmica e, soprattutto, per la ricerca degli esopianeti, basandosi sull’effetto delle microlenti gravitazionali che sfruttano la distorsione della luce quando un pianeta passa davanti a una stella. Questa tecnica, collegandosi con la teoria della relatività di Einstein, permette di individuare pianeti orbitanti attorno a stelle distanti migliaia di anni luce, più lontani di quanto osservato fino ad ora.
Secondo Michelle Thaller, astrofisica presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. “Grazie alla sua grande e nitida capacità di osservare nell’infrarosso, potremmo finalmente capire cosa è successo durante quel punto di svolta cosmico critico“.
Poco dopo la sua nascita, il cosmo era un mare rovente di particelle e radiazioni; mentre l’universo si espandeva e si raffreddava, i protoni caricati positivamente furono in grado di catturare elettroni caricati negativamente per formare atomi neutri (principalmente idrogeno, e … un pò di elio). Quegli atomi sarebbero diventati alla fine stelle e galassie. Naturalmente ci volle molto tempo prima che l’idrogeno gassoso e l’elio si fondessero in stelle, che poi gravitarono insieme per formare le prime galassie. Ma anche quando le stelle iniziarono a brillare, la loro luce non poteva viaggiare molto lontano prima di colpire ed essere assorbita dagli atomi neutri. Questo periodo, che gli astronomi chiamano età oscura cosmica, durò da circa 380.000 a 200 milioni di anni dopo il big bang. Osservando quel periodo avremmo visto quella parte dell’Universo avvolta in una nebbia che incominciò a “dissolversi” in un periodo, di centinaia id milioni di anni chiamato alba cosmica. Non è ancora chiaro se le galassie primordiali ed i buchi neri possano essere stati in gran parte responsabili della luce energetica che di fatto frantumò gli atomi neutri. Grazie alle caratteristiche di Roman potranno essere individuate rapidamente le regioni più dense, dove si sta diradando più ‘nebbia’, e quindi osservare l’evoluzione delle galassie primordiali e l’alba cosmica”.
Questo disegno artistico mostra come l’universo avrebbe potuto apparire quando aveva meno di un miliardo di anni, circa il 7 % della sua età attuale. La formazione stellare ha consumato voracemente l’idrogeno primordiale, sfornando miriadi di stelle a un ritmo senza precedenti. Il telescopio spaziale Nancy Grace Roman della NASA osserverà le fasi iniziali dell’universo per capire come è passato dall’essere opaco al brillante paesaggio stellare che vediamo oggi. NASA, ESA e A. Schaller (per STScI) How NASA’s Roman Space Telescope Will Illuminate Cosmic Dawn – NASA
Una domanda che gli astronomi si pongono è come erano le stelle primitive: quando la gravità iniziò a mettere insieme la materia, l’universo era molto denso e probabilmente quelle stelle diventarono migliaia di volte più massicce del Sole emettendo molte radiazioni ad alta energia. Poi la gravità riunì le giovani stelle per formare le galassie e le stelle più pesanti ebbero vita breve, collassando rapidamente e lasciando dietro di sé buchi neri, oggetti con una gravità così estrema che nemmeno la luce poteva sfuggire. Poiché quell’universo giovane era molto più piccolo dell’attuale, non essendosi ancora espanso, probabilmente quei buchi neri si fusero tra loro per formarne di ancora più grandi, fino a milioni o addirittura miliardi di volte la massa del Sole.
Questa straordinaria immagine raccolta dal telescopio spaziale James Webb contiene più di 20.000 galassie. I ricercatori hanno analizzato 117 galassie che esistevano tutte circa 900 milioni di anni dopo il big bang. Si sono concentrati su 59 galassie che si trovano di fronte al quasar J0100+2802, un buco nero supermassiccio attivo che agisce come un faro, situato al centro dell’immagine soprastante, che appare minuscolo e rosa con sei punte di diffrazione prominenti. Il team ha studiato sia le galassie stesse sia il gas illuminato che le circonda, che è stato illuminato dalla luce intensa del quasar. L’osservazione fa luce su come le galassie primordiali abbiano eliminato la “nebbia” attorno a loro, portando infine alle viste limpide e ampie di oggi. NASA, ESA, CSA, Simon Lilly (ETH Zurigo), Daichi Kashino (Università di Nagoya), Jorryt Matthee (ETH Zurigo), Christina Eilers (MIT), Rob Simcoe (MIT), Rongmon Bordoloi (NCSU), Ruari Mackenzie (ETH Zurigo); Elaborazione delle immagini: Alyssa Pagan (STScI), Ruari Macken
How NASA’s Roman Space Telescope Will Illuminate Cosmic Dawn – NASA
Quei buchi neri supermassicci potrebbero aver quindi contribuito a diradare la “nebbia” di idrogeno che permeava l’universo primordiale. Di estremi interesse lo studio del materiale caldo che turbina attorno ai buchi neri nei centri luminosi delle galassie attive, chiamati quasar, che può generare temperature estreme e inviare enormi e luminosi getti di radiazioni intense che possono estendersi per centinaia di migliaia di anni luce, strappando gli elettroni da qualsiasi atomo sul loro cammino.
Stephen Hawking teorizzò che i buchi neri possono restringersi lentamente man mano che la radiazione fuoriesce. La lenta perdita di quella che oggi è nota come radiazione di Hawking, nel tempo, causerebbe l’evaporazione del buco nero. Questo disegno mostra le vite stimate e l’orizzonte degli eventi (il punto oltre il quale gli oggetti non possono sfuggire alla presa gravitazionale di un buco nero) e i diametri per buchi neri di varie piccole masse. NASA’s Goddard Space Flight Center
How NASA’s Roman Mission Will Hunt for Primordial Black Holes – NASA
In estrema sintesi, si tratta di uno dei misteri più affascinanti della formazione dell’Universo e la prossima disponibilità del telescopio Roman potrà aiutare gli scienziati a studiare quell’alba cosmica dell’universo primordiale per carpirne i segreti. Associando le osservazioni di Webb a quelle di Roman, gli scienziati potranno sbirciare indietro nei primi centinaia di milioni di anni dell’universo e determinare se le galassie massicce abbiano avuto un ruolo importante nel dissipare quella nebbia primordiale.
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1. il Nancy Grace Roman space telescope deve il suo nome a Nancy Grace Roman, la prima donna a ricoprire una posizione dirigenziale alla NASA, considerata da molti la “madre del telescopio spaziale Hubble” per il suo importantissimo ruolo nello sviluppo del progetto. Il telescopio spaziale Hubble fu lanciato in orbita terrestre bassa nel 1990 ed è attualmente ancora operativo; si ritiene che la sua vita operativa sarà estesa fino al 2040 portando la sua distanza dalla Terra dagli attuali 550 km a 600 km al fine di evitare il suo rientro atmosferico. Nonostante non sia stato il primo telescopio spaziale, l’Hubble è ancora uno dei più grandi e versatili, e, insieme al James Webb Telescope (lanciato nel 2021) sta regalando ancora molte sorprese.
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