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Un nuovo modello aiuta a svelare i segreti di galassie lontane

Nuove tecniche di modellizzazione potrebbero consentire agli astronomi di individuare alcune delle galassie più antiche dell’Universo, aiutandoli a svelare dettagli fondamentali relativi a come si è evoluto il nostro cosmo.

Spazio

Gli astronomi sono viaggiatori nel tempo. Più le galassie che incontrano sono lontane, più si avvicinano alle origini dell’Universo, a causa del tempo impiegato dalla luce per raggiungerci. È qui che possiamo trovare numerosi indizi riguardo le origini e l’evoluzione del cosmo. «La ricerca DeepIMPACT si è concentrata su una specifica era dell’evoluzione cosmica denominata l’epoca della reionizzazione», spiega Livia Vallini, coordinatrice del progetto e ora ricercatrice post-dottorato presso la Scuola Normale Superiore di Pisa. «Tutto ciò si è verificato quando l’Universo aveva tra i 300 milioni e un miliardo di anni: l’Universo ha più di 13 miliardi di anni. I gas hanno iniziato a collassare per formare le galassie e, in mezzo a queste galassie, sono nate le stelle», afferma Vallini, che ha condotto la sua ricerca con il sostegno del programma Azioni Marie Skłodowska-Curie dell’UE. Questa era è determinante per comprendere il cosmo, dato che tali galassie primordiali hanno avuto un impatto profondo sull’evoluzione dell’universo. Ogni nuova stella ha prodotto fotoni (luce) che hanno viaggiato al di fuori di queste galassie primordiali, influendo sulle proprietà dei gas nell’Universo. «Questo è quello che intendiamo quando parliamo di epoca di reionizzazione», aggiunge Vallini. «Oggi viviamo in un Universo che è completamente reionizzato».

E luce sia

Gli scienziati sono comunque ancora incerti riguardo al momento esatto in cui è iniziata e finita quest’era, così come alle proprietà delle galassie che hanno contribuito in larga parte a tale processo. Queste galassie di prima generazione sono inoltre estremamente lontane e molto difficili da analizzare. Per questo motivo servono modelli matematici e simulazioni. L’obiettivo del progetto DeepIMPACT consisteva nell’individuare le proprietà peculiari di galassie lontane che, già allora, ospitavano buchi neri supermassivi. Ciò aiuterà gli astronomi a individuarli. Questa ricerca è stata intrapresa dall’Università di Leiden, nei Paesi Bassi. Ha consentito a Vallini di lavorare a stretto contatto con Xander Tielens, professore e personalità di fama mondiale nel campo dell’astrochimica. «Durante il mio dottorato in Italia, mi sono focalizzata sulla modellizzazione della luminosità di galassie lontane», evidenzia Vallini. «Il progetto DeepIMPACT era basato sulla mia impressione che le galassie formate all’inizio erano molto più piccole e compatte rispetto, diciamo, alla nostra. Se le galassie hanno un buco nero al centro, questo avrà un impatto maggiore sulla luminosità nell’intera galassia, a causa della sua dimensione relativamente piccola».

Alla scoperta dell’Universo

Vallini ha sviluppato modelli concepiti per consentire agli astronomi di individuare galassie lontane basandosi su tale concetto. I modelli dovrebbero agevolare gli scienziati ad acquisire una migliore comprensione della reale dimensione di queste galassie e dell’effetto dei buchi neri sull’ambiente circostante. Completato a gennaio 2020, Vallini è riuscita a pubblicare oltre dieci articoli accademici sui suoi risultati riguardo la scoperta di galassie lontane. Uno dei benefici inaspettati dei modelli di DeepIMPACT è che si possono adattare e sono abbastanza flessibili per essere applicati all’Universo vicino. «Anche se ci siamo concentrati su galassie lontane, i risultati di DeepIMPACT sono stati utilizzati per programmare osservazioni nell’Universo lontano e nelle galassie vicine», osserva Vallini. «In questo modo, DeepIMPACT ha contribuito a una piccola parte di un mistero molto più grande sull’evoluzione della galassia. Certo, ci sono ancora molte cose che non capiamo», conclude Vallini.

Parole chiave

DeepIMPACT, spazio, galassia, Universo, buco nero, cosmo, reionizzazione, astronomi, supermassivo

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