Per vedere come crescono le galassie, il cielo notturno è stato ingrandito e le esplosioni cosmiche catturate

In tutta l’Australia, gli astronomi stanno utilizzando tecniche sofisticate per catturare il cielo notturno, sperando di rispondere ad alcune delle nostre più grandi domande sull’universo.

Mentre noi e i nostri colleghi ci addentriamo nell’universo alla ricerca di eruzioni cosmiche, le nostre osservazioni stanno aiutando a far luce su antichi misteri e aprono la strada a percorsi di indagine completamente nuovi.

Esplosioni cosmiche riempiono il cielo

Il programma Deeper, Wider, Faster (DWF) di Swinburne – a cui uno di noi (Sarah Webb) ha lavorato durante il suo dottorato di ricerca – è stato sviluppato per cercare le esplosioni più veloci ed enigmatiche nell’universo.

Ma per comprendere le cause delle eruzioni cosmiche, dobbiamo “guardare” questi eventi con più occhi, attraverso diversi telescopi in giro per il mondo. Oggi vi accompagneremo in un viaggio utilizzando i dati di uno di questi telescopi, il Blanco 4m, all’Osservatorio Interamericano di Cerro Tololo in Cile.

Telescopio Blanco 4 metri in Cile. Questo telescopio è dotato di una fotocamera alimentata al buio. Rebecca Allen

Innanzitutto, tutte le oltre 60 singole immagini del campo visivo di questo telescopio vengono combinate in un mosaico. Al loro interno vediamo migliaia di sorgenti luminose.

Questo è un esempio di dati della fotocamera a energia oscura acquisiti dal software DWF. Questa immagine è una parte enorme del cielo. Sarah Webb

Queste immagini vengono trasmesse attraverso l’Oceano Pacifico per essere elaborate sul supercomputer Swinburne OzStar, che è più potente di 10.000 PC portatili e può gestire migliaia di lavori diversi contemporaneamente.

Una volta caricate, le immagini vengono suddivise in pezzi più piccoli. È allora che iniziamo a vedere i dettagli.

Qui sono mostrate alcune delle galassie visibili all’interno di piccoli pezzi di dati inviati al programma Blanco 4m DWF. Sarah Webb

Ma le galassie di cui sopra, per quanto sorprendenti, non sono ancora quello che stiamo cercando. Vogliamo catturare nuove “sorgenti” da stelle morenti ed esplosioni cosmiche, che possiamo identificare facendo in modo che i nostri computer cerchino la luce in luoghi precedentemente sconosciuti.

La fonte può essere molte cose diverse tra cui una stella incandescente, una stella morente o un asteroide. Per scoprirlo dobbiamo raccogliere informazioni continue sulla sua luminosità e sulle diverse lunghezze d’onda della luce che emette, come radio, raggi X, raggi gamma, ecc.

A sinistra c’è una vecchia immagine di un pezzo di cielo ea destra c’è un’immagine aggiornata con una nuova fonte che è appena avvenuta. Molto probabilmente si tratta di una stella luminosa o di un asteroide. Sarah Webb

Una volta identificata la fonte, monitoriamo i cambiamenti nella sua luminosità nelle ore e nei giorni successivi. Se pensiamo che potrebbero rappresentare rare esplosioni cosmiche, stiamo utilizzando altri telescopi per raccogliere dati aggiuntivi.

Guarda nel lontano passato

Le galassie sono enormi raccolte di stelle, gas, polvere e materia oscura. Variano per forma, dimensione e colore, ma i due tipi principali che vediamo nell’universo oggi sono lumache ovali blu e rosse. Ma come si formano? Perché ne esistono di diversi tipi?

Gli astronomi sanno che le forme e i colori di una galassia sono legati alla sua evoluzione, ma stanno ancora cercando di capire le forme e i colori esatti associati a specifici percorsi di crescita.

Pensiamo che le galassie crescano in dimensioni e massa attraverso due canali principali. Producono stelle quando vaste nubi di idrogeno collassano sotto l’influenza della gravità. Man mano che più gas si trasforma in stelle, la loro dimensione aumenta.

Grazie alla tecnologia spaziale come il telescopio spaziale Hubble e i potenti telescopi sulla Terra, gli astronomi possono ora guardare indietro nel tempo per studiare la crescita delle galassie nel corso della storia dell’universo.

Questo è possibile perché più una galassia è lontana, più la sua luce viaggerà per raggiungerci. Poiché la velocità della luce è costante, possiamo determinare quando è stata emessa la luce, purché conosciamo la distanza della galassia dalla Terra (chiamata “redshift”).

Ho misurato questa crescita come parte del mio dottorato, scattando foto di galassie trovate a diversi redshift molto tempo fa, quando l’universo aveva solo un miliardo di anni, e confrontando le loro dimensioni.

Nel mio studio sulla crescita galattica nel tempo è stata osservata una selezione di galassie distanti. Questi sembrano molto diversi dalle galassie vicine. Rebecca Allen

Quando le galassie si fondono

Guardando intorno all’universo oggi, vediamo per lo più galassie raggruppate insieme. Gli astronomi ritengono che la natura dell’oceano o dell’ambiente di una galassia possa influenzare le sue traiettorie di crescita, in modo simile a come le persone nelle grandi città possono accedere a più risorse rispetto a quelle nelle aree rurali.

Quando molte galassie sono raggruppate insieme, possono interagire. Questa interazione può innescare esplosioni di formazione stellare all’interno di una data galassia.

Tuttavia, questo scatto di crescita può essere di breve durata, poiché gas e stelle possono essere strappati via dall’interazione gravitazionale tra più galassie, limitando così la formazione stellare e la crescita in una singola galassia in futuro.

Questa immagine è stata scattata con il telescopio spaziale Hubble. Mostra un gruppo di galassie a spirale, che gli astronomi possono identificare chiaramente grazie all’alta risoluzione dell’immagine. Rebecca Allen

Ma anche se una galassia non può formare stelle, può comunque crescere fondendosi o consumando galassie più piccole. Ad esempio, la Via Lattea un giorno consumerà le più piccole Nubi di Magellano, che sono galassie nane. Un giorno si fonderà anche con la galassia di Andromeda leggermente più grande per formare una galassia gigante.

Tuttavia, sebbene siano stati condotti molti studi sull’evoluzione delle galassie, non possiamo ancora dire che tutte le nostre domande abbiano avuto risposta.

Ci sono voluti miliardi di anni per formare gli ammassi di galassie che osserviamo oggi. Ma se gli astronomi possono trarre vantaggio dalla tecnologia più recente e guardare più lontano che mai, speriamo di ottenere indizi su come l’ambiente di una galassia influisce sulla sua crescita.