Il Modello Cosmologico Standard è con noi da più di due decenni. Sappiamo che postula la presenza di una misteriosa energia oscura che accelera l’espansione osservabile dell’universo per poco più di 5 miliardi di anni, così come di particelle altrettanto misteriose chiamate… Sostantia nigraSostantia nigra Mai prima d’ora erano stati utilizzati metodi per rilevare la materia oscura direttamente nelle collisioni degli acceleratori di particelle o indirettamente nei raggi cosmici attraverso i loro potenziali prodotti di decadimento.

Speriamo di vedere più chiaramente questo universo oscuro con strumenti come Euclid. Nel frattempo, possiamo anche usare il James Webb Space Telescope (JWST) per andare ancora più indietro. StratiStrati Di luce UniversoUniverso Quello che ha fatto l’involucro nucleare con Hubble, per cercare di decifrare i segreti della nascita e della crescita delle prime galassie grazie alla materia oscura.

Per 13,8 miliardi di anni l’universo ha continuato ad evolversi. Contrariamente a quanto ci dicono i nostri occhi quando guardiamo il cielo, in cosa consiste è tutt’altro che statico. I fisici effettuano osservazioni di diverse ere dell’universo ed eseguono simulazioni in cui ne ricreano la composizione e l’evoluzione. Sembra che la materia oscura abbia svolto un ruolo importante dall’inizio dell’universo fino alla formazione delle grandi strutture che osserviamo oggi. © CEA Ricerca

Nascite galattiche tradite dai fantasmi nell’infrarosso

Un team internazionale guidato da ricercatori membri di Centro dell’Alba Cosmica (albaalba) dell’Università di Copenhagen in Danimarca è stato appena pubblicato sulla rivista Scienze Articolo, una copia del quale è disponibile all’indirizzo arXiv Il che fornisce osservazioni interessanti su queste galassie. Si apprende anche in un comunicato stampa di NASANASA Accompagnando questo articolo, le analisi dei dati del telescopio spaziale James Webb hanno prodotto tre galassie che possono essere viste formarsi attivamente quando l’universo aveva solo dai 400 ai 600 milioni di anni.

“ Queste galassie sono come isole scintillanti in un mare di GasGas Altrimenti neutrale e vago. Senza Webb non saremmo in grado di osservare queste prime galassie, e ancor meno di imparare molto sulla loro formazione “, dichiara Kasper Heintz, autore principale dell’articolo da lui scritto Scienze E professore assistenteAstrofisicaAstrofisica O l’alba.

Lo precisa il comunicato stampa di Dawn “ricercatori” Sono stati in grado di misurare la formazione delle prime galassie nell’universo utilizzando modelli sofisticati che mostrano come la luce proveniente da queste galassie veniva assorbita dal gas neutro al loro interno e attorno ad esse. Questa transizione è nota come transizione Lyman-alfa. Misurando la luce, i ricercatori sono riusciti a distinguere il gas nelle galassie appena formate da altri gas. Queste misure sono state possibili solo grazie alle capacità di… SpettrometroSpettrometro InfrarossiInfrarossi Il telescopio spaziale James Webb è incredibilmente sensibile ».

La cosa sorprendente è che questi dati sembrano supportare un modello di crescita delle galassie messo in atto poco più di un decennio fa e che ha sostituito il vecchio modello, come ha spiegato a Futura uno dei ricercatori responsabili di questa rivoluzione in un’intervista condotta da noi e il francese. Romain Tessierprofessore di astrofisica e matematica applicata e computazionale all’Università di Princeton.

Secondo questo modello la crescita delle galassie è accompagnata dalla loro rinascita stellestelleè prodotto principalmente da filamenti di materia oscura che dirigono correntiidrogenoidrogeno E il’ElioElio Neutro fresco. Possiamo credere che il telescopio spaziale James Webb rileverà questo fenomeno in modo accurato attraverso IL fantasmifantasmi Di queste galassie lontane fornite dallo strumento NIRSpecNIRSpec (spettrometro nel vicino infrarosso) del telescopio. Questi spettri risultano da transizioni quantistiche tra livellienergiaenergia Subordinare AtomiAtomi La presenza di idrogeno ed elio sotto l’influenza delle radiazioni può rivelare la presenza di enormi accumuli di questi gas in forma neutra attorno a queste galassie, quindi, come ha spiegato Simon Nielsen, coautore e studente di dottorato che lavora anche a Dawn, “ Ci stiamo allontanando dall’immagine delle galassie comeEcosistemiEcosistemi isolato. A questo punto della storia dell’universo, tutte le galassie sono strettamente connesse al mezzo intergalattico con i suoi filamenti e le strutture gassose originarie. ».

Per comprendere un po’ meglio il contesto di questa scoperta, ricordiamo quanto spiegato in precedenza da Futura qualche anno fa.

Conferenza di Romain Tessier sulla cosmologia digitale applicata alla nascita ed evoluzione delle galassie. Le simulazioni partono come condizioni iniziali con vincoli sulle fluttuazioni della densità della materia circa 400.000 anni dopo il Big Bang, come abbiamo appreso dalla mappa della radiazione fossile tracciata utilizzando il satellite Planck. Il ricercatore spiega soprattutto che, in base alla severità della modellizzazione della fisica barionica (soprattutto con la risoluzione sempre maggiore rispetto alle scale spaziali e temporali nelle simulazioni) con la formazione stellare e non solo tenendo conto nella fisica della materia oscura , appare una grande diversità di fenomeni, soprattutto le forme Galassie. © Collège de France

Un nuovo modello di crescita galattica

Per più di 20 anni, i cosmologi hanno sviluppato le galassie utilizzando in gran parte le galassie FusioneFusione fra Galassie noveGalassie nove Primitivo e da collisioni tra queste galassie e galassie più grandi risultanti da precedenti fusioni. I fenomeni associati a queste collisioni e fusioni (ben osservati con il telescopio Hubble) – ingresso di gas fresco, onde d’urto tra massemasse Di gas proveniente dalle galassie, che vengono prodotti naturalmente durante la formazione stellare. Allo stesso modo, improvvise fuoriuscite di gas probabilmente spiegano l’accensione dei quasar dovuta alla caduta di grandi quantità di materia nello spazio. Buchi neri supermassicciBuchi neri supermassicci Nel cuore delle galassie, e chi c’è dietro le enormi quantità di energia che le fanno brillare stellestelle.

Notiamo però tra le prime galassie la frenetica formazione di nuove stelle e la loro combustione QuasarQuasarmentre in alcuni casi assistiamo a fusioni galattiche (in corso o appena completate).

Tutte queste ragioni fanno sì che i sostenitori del modello cosmologico standard della materia oscura fredda, sviluppato dal premio Nobel James Peebles all’inizio degli anni ’80, abbiano finalmente cercato di risolvere questi misteri mantenendo questo modello utilizzando simulazioni che tengono conto di tutti i dettagli. fisicofisico La materia barionica ordinaria collassa gravitazionalmente con l’aiuto della materia oscura per formare e far crescere le galassie. In particolare, grazie ai progressi nella potenza di calcolo ComputerComputer Tu sei il ventunesimo^H Il XX secolo, per introdurre gli effetti della formazione stellare e dei buchi neri supermassicci, e cosa possono avere queste stelle attraverso le loro radiazioni ed esplosioni.

Un estratto della simulazione digitale MareNostrum 3D (vedi illustrazioni sotto) riproduce 13 miliardi di anni di evoluzione dell’universo dallo stato omogeneo dopo il Big Bang alle galassie a spirale di oggi. Design: Romain Tessier (CEA), Dimensione: 50 milioni di anni luce. © CEA Astrofisica

Così, poco più di 10 anni fa, mentre lavorava al CEA, Romain Tessier pubblicava V natura, Insieme ai suoi colleghi francesi e israeliani raggiunse importanti risultati riguardo alla formazione delle galassie. È stato ottenuto utilizzando uno dei più potenti SupercomputerSupercomputer Il mondo, chiamato MareNostrum, ha sede presso il Centro di Calcolo di Barcellona. Era una questione di esecuzione precisa Simulazione digitaleSimulazione digitaleIl frutto del lavoro congiunto di informatici eAstrofisiciAstrofisiciTenendo conto, nella materia oscura, della presenza di materia ordinaria. Dopo quattro settimane di intensi calcoli, condotti in parallelo su più di 2.000 processori, i ricercatori hanno poi visto le manifestazioni della nuova teoria che non provocava la nascita e la crescita delle galassie secondo gli scenari precedentemente immaginati e studiati.

Secondo questa teoria si chiama Galassie a flusso alimentato (SFG), la materia oscura esiste ancora. Ma dirigono flussi di gas barionico freddo nei loro ciuffi e filamenti. Dove le stringhe si intersecano, le galassie nasceranno e cresceranno specificatamente secondo le simulazioni.

Le collisioni tra galassie giocavano allora un ruolo minore, e quindi i brillamenti stellari osservati nelle piccole galassie possono essere spiegati con l’apporto di materia barionica ai filamenti. antichità DisturboDisturbo Sarebbe anche lì, aiutando a spiegare la rotazione delle galassie.

Con James Webb potremo ora provare a rispondere ad alcune domande riguardanti questi filamenti freddi di materia, come recita sempre il comunicato stampa della NASA: “ Dove si trova esattamente il gas? Quanto sono vicini i centri delle galassie o ai loro bordi? Il gas è vergine o è già pieno di elementi più pesanti? Pertanto Kasper Heintz conclude: Il prossimo passo sarà creare grandi campioni statistici di galassie e misurarli in dettaglio DiffusioneDiffusione E l’importanza delle sue caratteristiche ».