I segreti dell'Universo svelati da Hubble. In viaggio per scoprire come nasce il cosmo

CI SONO ancora molte sorprese ai confini dell’Universo visibile. Grazie a nuove osservazioni del telescopio spaziale Hubble, gli astronomi hanno infatti studiato alcune fra le più lontane galassie mai viste nel cosmo. Poiché la luce viaggia a velocità finita, osservare galassie a miliardi di anni luce da noi equivale a guardare l’Universo com’era miliardi di anni fa e aprire così una finestra sul passato del cosmo.
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Con queste osservazioni gli scienziati hanno ottenuto tre importanti risultati, a partire dalla più dettagliata immagine mai ottenuta di un ammasso di galassie. Hubble ha poi permesso di scoprire quattro galassie insolitamente luminose e una popolazione di deboli galassie, che potrebbero aver avuto un ruolo fondamentale nella formazione stellare nell’Universo primordiale. Questi risultati, che forniscono una prospettiva tutta nuova sulle fasi iniziali di vita del cosmo, sono stati presentati al meeting invernale dell’American Astronomical Society (AAS), che si è svolta a National Harbor nei pressi di Washington.

Frontiere cosmiche. Per guardare più lontano, gli astronomi hanno sfruttato il fenomeno delle lenti gravitazionali. Secondo la teoria della Relatività Generale di Einstein, quando un raggio di luce passa vicino ad un corpo massiccio, la sua traiettoria viene deviata. Quando ad esempio un ammasso di galassie molto grande si frappone fra noi e una galassia molto lontana, l’immagine di quest’ultima può essere amplificata o deformata, come se avesse attraversato una lente. Sfruttando questo sistema, un team dello Space Telescope Science Institute di Baltimora ha realizzato una nuova immagine dell’ammasso di galassie Abell 2744, che si trova a circa 3,5 miliardi di anni luce da noi. Questo ammasso agisce da lente gravitazionale, amplificando la luce delle galassie più lontane di un fattore da 10 a 20. Grazie ad Hubble, gli astrofisici hanno condotto un’osservazione di 67 ore di Abell 2744, costruendo così l’immagine più profonda mai ottenuta di un ammasso di galassie. Oltre alle centinaia di galassie che formano l’ammasso vero e proprio, nell’immagine di Hubble sono visibili oltre 3000 galassie a circa 12 miliardi di anni luce da noi. L’ammasso è stato ripreso con la Wide Field Camera 3 (WFC3) e con l’Advanced Camera for Survey (ACS), due strumenti appositamente dedicati alla ripresa di immagini ad alta risoluzione.
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Abel 2744 è solo il primo di una serie di ammassi che saranno osservati nell’ambito di "Frontier Fields", un ambizioso progetto che coinvolge non solo Hubble ma altri grandi osservatori spaziali come il telescopio infrarosso Spitzer e il telescopio per raggi X Chandra. L’idea del progetto è quella di sfruttare le potenzialità di Hubble e le lenti gravitazionali per guardare sempre più a fondo nell’Universo. Frontier Fields è un esperimento: possiamo usare la squisita qualità delle immagini di Hubble e la teoria della Relatività Generale di Einstein per cercare le prime galassie?” suggerisce Matt Mountain, direttore dello Space Telescope Science Institute. Grazie agli sforzi congiunti di Hubble e di altri grandi osservatori, come il telescopio infrarosso Spitzer e il telescopio per raggi X Chandra, gli astrofisici vogliono infatti andare a scoprire le galassie nei primi miliardi di anni di vita dell’Universo.

Giovani e brillanti. Ma Abell 2744 non è l’unico tesoro cosmico discusso al convegno della AAS. Unendo le osservazioni di Hubble a quelle infrarosse di Spitzer, un team internazionale di astrofisici ha scoperto e caratterizzato quattro galassie che sono insolitamente brillanti nonostante si trovino a 13 miliardi di anni luce da noi. Come discusso in un articolo di The Astrophysical Journal, l’origine di questa notevole luminosità è dovuta all’enorme quantità di stelle in formazione in questa galassia. Sembra infatti che in queste galassie il tasso di formazione stellare sia alcune decine di volte quello attuale della Via Lattea. Dopo aver identificato le galassie con Hubble, gli astrofisici hanno sfruttato Spitzer per determinarne la luminosità totale infrarossa e risalire così alla massa delle galassie. "E’ la prima volta che gli scienziati sono stati capaci di misurare la massa di un oggetto a una distanza così grande", ha commentato Pascal Oesch dell’Università di Yale, primo autore del lavoro,  "E’ una dimostrazione favolosa della sinergia fra Hubble e Spitzer". Dal momento che la luce di queste galassie arriva da un’epoca in cui l’Universo aveva meno di un miliardo di anni, sembra che queste galassie siano troppo massicce rispetto a quanto previsto dai modelli. Ciò significa che il processo di crescita, che solitamente coinvolge la fusione con altre galassie, deve essere stato più veloce di quanto atteso.

Boom di nascite ai confini dell’Universo. Ma se le galassie luminose sono sorprendenti, quelle più deboli non sono da meno. Un team coordinato da Brian Siana dell’Università della California a Riverside ha infatti scoperto nei dati di Hubble una popolazione di 58 deboli galassie a più di 10 miliardi di anni luce da noi. In realtà si tratta di galassie così deboli e lontane da essere al di fuori della portata anche di Hubble. Ma ancora una volta è venuto in aiuto il fenomeno delle lenti gravitazionali, che ha amplificato l’immagine di questi remoti oggetti rendendoli accessibili alle nostre osservazioni. Questa volta la lente gravitazionale è creata dall’ammasso Abell 1689 a 2,5 miliardi di anni luce da noi. Finora la preoccupazione degli astronomi era dovuta al fatto che a grandi distanze era possibile scoprire solo galassie brillanti. Tuttavia, come commenta Siana, "Le galassie brillanti rappresentano la punta dell’iceberg. Crediamo che la maggior parte delle stelle che si sono formate nell’Universo primordiale abbiano avuto origine in galassie che non possiamo vedere per nulla. Ora che abbiamo trovato queste galassie siamo sicuri che stiamo vedendo il resto dell’iceberg". Osservando l’alto tasso di formazione stellare in queste galassie, gli astronomi pensano che questi remoti oggetti possano aver contribuito alla maggior parte delle nuove stelle nate durante il grande “boom di nascite” stellari avvenuto fra 9 e i

12 miliardi di anni fa. Si tratta di scoperte di altissimo interesse per la comunità scientifica, che spingono ancora più in là le potenzialità osservative di Hubble. Ma gli astronomi stanno già guardando al futuro. Nel 2018 verrà lanciato il James Webb Space Telescope, il successore di Hubble che spingerà il nostro sguardo ancora più indietro nel tempo, per scoprire i segreti dell’infanzia del nostro Universo.