Il James Webb Space Telescope rileva i granelli di polvere interstellare nella prima era cosmica

Telescopio spaziale James Webb. Credito: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez.

Gli spazi apparentemente vuoti nel nostro universo in realtà non sono affatto vuoti, ma sono occupati da nubi di gas cosmico e polvere. Questi granelli di polvere, prodotti da vari processi come le esplosioni di supernova, svolgono un ruolo importante nell’evoluzione dell’universo, fungendo da luogo di nascita per nuove stelle e pianeti. Fino ad ora, tuttavia, i limiti tecnologici hanno limitato gli astronomi allo studio della polvere cosmica associata alle galassie che si sono formate molto tempo dopo il Big Bang (quando l’universo aveva almeno un miliardo di anni).

Con l’avvento del telescopio Planet Earth, gli astronomi sono stati ora in grado di analizzare la composizione della polvere cosmica durante il primo miliardo di anni del tempo cosmico, quando ebbero luogo le prime fasi dell’evoluzione galattica. Ciò è reso possibile dalla capacità di JWST di effettuare osservazioni altamente dettagliate della luce da singole galassie nane.

Il professore di astrofisica Andy Bunker (Dipartimento di Fisica, Università di Oxford), coautore dello studio, ha spiegato: “Gli astronomi possono ottenere informazioni sulla formazione della polvere cosmica osservando le lunghezze d’onda della luce che blocca. Ad esempio, sappiamo che i granelli di polvere ricchi di carbonio possono essere particolarmente efficaci nell’assorbire la radiazione ultravioletta con una lunghezza d’onda di circa 217,5 nanometri. Per una particolare galassia, l’analisi ha mostrato un calo significativo della luce attorno a questa lunghezza d’onda, che indica la presenza di granelli di polvere costituiti da particelle di carbonio nel gas all’interno di questa galassia.

Segni simili sono stati osservati nell’universo più recente, inclusa la nostra Via Lattea, e sono stati attribuiti a complesse molecole a base di carbonio note come idrocarburi policiclici aromatici (IPA). Studi di modellazione prevedono, tuttavia, che gli IPA richiederebbero diverse centinaia di milioni di anni per formarsi, rendendo improbabile che siano esistiti durante il primo miliardo di anni del tempo cosmico. Pertanto, questa nuova osservazione indica l’eccitante possibilità che JWST possa aver osservato un diverso tipo di molecola a base di carbonio, ad esempio micrografite o grani di diamante.

Ciò probabilmente è il risultato delle prime esplosioni di supernova o stelle Wolf-Rayet: stelle super calde che tendono a vivere rapidamente e morire giovani, dando a generazioni di stelle abbastanza tempo per distribuire granelli ricchi di carbonio nella polvere cosmica circostante in meno di un miliardo di anni.

Questa immagine evidenzia la posizione della galassia JADES-GS-z6, dove sono stati osservati granelli di polvere ricchi di carbonio. JADES-GS-z6 si trova in una parte del cielo nota come GOODS-South, che è stata osservata come parte del JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). o giada. Crediti: ESA/Webb, NASA, ESA, CSA, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (Astrophysics Center, Harvard & Smithsonian), S. Tacchella (University of Cambridge, M.

Coautore Dottoressa Aish Saxena (Dipartimento di Fisica dell’Università di Oxford) Ha aggiunto: “I processi per la formazione della polvere interstellare sono incerti, ma si ritiene generalmente che le supernove (stelle che esplodono) e le stelle in via di sviluppo svolgano un ruolo importante nella produzione di polvere. Tuttavia, queste osservazioni uniche indicano un canale di produzione di polvere molto più veloce, probabilmente correlato ai venti stellari in stelle molto giovani e massicce. Ciò potrebbe allentare la tensione tra le osservazioni della polvere nei primissimi tempi della produzione di polvere e l’universo.

Secondo i ricercatori, ulteriori indagini su questa osservazione porteranno probabilmente a nuove preziose intuizioni sull’evoluzione di stelle e galassie durante il primo miliardo di anni del tempo cosmico. Coautore Il dottor Jacobo Chevallard (Dipartimento di Fisica dell’Università di Oxford) ha dichiarato: “La polvere interstellare gioca un ruolo chiave in molti processi astrofisici: i granelli di polvere forniscono la superficie su cui avvengono le complesse reazioni chimiche necessarie per la formazione di molecole organiche; i granelli di polvere costituiscono anche gli elementi costitutivi dei dischi protoplanetari, da cui si formano i pianeti. Caratterizzare l’origine e le proprietà della polvere in questi primissimi tempi ha quindi importanti implicazioni per la nostra comprensione della chimica organica e della formazione dei pianeti nell’universo primordiale.

Lo specchio d’oro a 18 sezioni del James Webb Space Telescope al Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. Lo specchio è stato appositamente progettato per catturare la luce infrarossa dalle prime galassie che si sono formate nell’universo primordiale. Credito immagine: NASA/Desiree Stauffer.

Lo studio è reso possibile da JWST Strumento spettrometro nel vicino infrarosso (NIRSpec)Contributo dell’Agenzia spaziale europea. NIRSpec ha una sensibilità senza precedenti alla luce nel vicino infrarosso, consentendo indagini spettrali a banda larga di quasi 200 oggetti astronomici contemporaneamente. Il team scientifico dello strumento lavora presso sei importanti università europee, tra cui l’Università di Oxford.

Queste osservazioni sono state effettuate nell’ambito dell’Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) del JWST, che ha dedicato circa 32 giorni di tempo del telescopio per rilevare e caratterizzare galassie lontane e deboli. Questo programma ha reso facile scoprire centinaia di galassie che esistevano quando l’universo aveva meno di 600 milioni di anni. Comprese alcune delle galassie più lontane conosciute fino ad oggi. Gli astronomi di Oxford avevano il compito di decidere quali galassie distanti avrebbero dovuto acquisire gli spettri utilizzando lo strumento NIRSpec, e guidarono carta di indagine Presentando tutte le galassie osservate nella parte più interna e più sensibile dell’indagine JADES.

Coautore Dottor Alex Cameron Lui (Dipartimento di Fisica dell’Università di Oxford) ha dichiarato: “Questo è davvero un ottimo esempio della potenza di questo nuovo strumento e del sondaggio JADES, poiché possiamo improvvisamente esplorare galassie lontane in modi che prima non erano possibili”.

Lo studio “Carbonaceous Dust Grains Seen in the First Billion Years of Cosmic Time” è pubblicato su natura.