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    Quando l'universo è emerso dalla sua 'età oscura'?

    Quando l'universo è emerso dalla sua 'età oscura'? Lo spettro di post luminescenza di un lampo gamma indica l’inizio del processo di re-ionizzazione

    Sommario:
    Gli scienziati hanno scoperto un indicatore di quando la re-ionizzazione dell'Universo primordiale è iniziata. Il team ha utilizzato la Faint Object Camera e Spectrograph (FOCAS) montata sul telescopio Subaru per studiare a fondo lo spettro a lunghezze d'onda del visibile del bagliore residuo di un lampo di raggi gamma, che è il risultato di una violenta esplosione di una stella massiccia. La misura diretta delle caratteristiche di assorbimento nello spettro del bagliore emesso GRB 130606A, situato a grande distanza, ha rivelato la proporzione di gas di idrogeno neutro che ha assorbito la luce nelle sue vicinanze. Questa scoperta fornisce la migliore stima della quantità di tale gas neutro nell'universo primordiale. Il team di ricerca ritiene che gli scienziati possono ora restringere il momento in cui l'universo stava cominciando a re-ionizzarsi dopo la sua età oscura.


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    Spettro di lunghezze d'onda visibile della post luminescenza di GRB 130606A a redshift z = 5,913, quando l'Universo era solo vecchio di un miliardo anni. ...
    Credit: Image courtesy of National Astronomical Observatory of Japan


    Un gruppo di ricerca, guidato dal professor Tomonori Totani (Facoltà di Scienze, l'Università di Tokyo) e composto da scienziati dell'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone, del Tokyo Institute of Technology e altri, ha scoperto un indicatore di quando la re-ionizzazione dell’Universo primordiale è iniziata. Il team ha utilizzato la Faint Object Camera e Spectrograph (FOCAS) montata sul telescopio Subaru per studiare a fondo lo spettro a lunghezze d'onda visibile, del bagliore di un lampo di raggi gamma (GRB), che è il risultato di una violenta esplosione di una stella massiccia. La misura diretta delle caratteristiche di assorbimento nello spettro di post luminescenza emesso da GRB 130606A, situato a grande distanza, ha rivelato la proporzione di gas idrogeno neutro che ha assorbito la luce nelle sue vicinanze. Questa scoperta fornisce la migliore stima della quantità di tale gas neutro nell'Universo primordiale. Il team di ricerca ritiene che gli scienziati possono ora restringere il momento in cui l'Universo cominciava a re-ionizzarsi dopo la sua età oscura.
    L'idrogeno è l'elemento principale della materia ordinaria (5%) nell'Universo, che si ritiene sia principalmente permeato da una molto più abbondante materia oscura (27%) e dall'energia oscura dominante (68%). Durante una fase ad alta temperatura subito dopo la nascita dell'Universo circa 14 miliardi di anni fa, l'atomo di idrogeno è stato ionizzato, cioè suddiviso in nucleo ed elettroni. Quando la temperatura è scesa dopo circa 400 mila anni dalla nascita dell'Universo, il nucleo e gli elettroni si sono ricombinati per formare atomi di idrogeno neutro. In quell’istante l'Universo divenne trasparente alla radiazione, e gli oggetti emettitori di luce divennero visibili. Oggi, nell'Universo la maggior parte dell'idrogeno esiste come diffuso gas intergalattico ionizzato. Per riconciliare questa differenza tra il passato e il presente, ci deve essere stato un periodo di transizione e re-ionizzazione dopo l'età oscura dell'Universo, che all’epoca era stato riempito con gas neutro. Tuttavia, gli scienziati non sanno ancora quando si è verificato questo passaggio né comprendono come il processo abbia avuto luogo. E’ però molto probabile che la radiazione ultravioletta (UV) delle galassie di prima generazione abbia ionizzato il gas di idrogeno nel primo miliardo di anni dell'Universo. Pertanto, è molto importante identificare quando la re-ionizzazione si è verificata relativamente alla formazione della prima generazione di oggetti che hanno emesso luce.
    Quando gli oggetti astronomici sono molto lontani, vuol dire che sono anche molto lontani nel passato. Recenti osservazioni tramite grandi telescopi terrestri hanno permesso agli astronomi di studiare galassie, quasar e GRB di un miliardo anni dopo la nascita dell'Universo. Se un oggetto era già esistente in un momento in cui la re-ionizzazione si stava verificando, deve aver avuto un po’ di gas di idrogeno neutro che lo circondava. Anche se ci sono stati molti tentativi per rilevare tale gas neutro, non è emersa una chiara prova di ciò.
    Precedenti approcci osservazionali si sono concentrati su galassie e quasar. Le osservazioni del numero delle galassie costituiscono prove indirette in quanto il loro numero diminuisce man mano che il gas di idrogeno neutro oscura la loro luce. Le osservazioni di quasar, invece, rilevano direttamente le caratteristiche di assorbimento causate dall’idrogeno neutro nei loro spettri. Tuttavia i quasar si verificano nelle regioni di più avanzata evoluzione delle galassie, e la loro radiazione ionizza il materiale circostante. Questi fattori rendono difficile stimare il gas neutro in questo ambiente. Al contrario, GRB consentono di misurare direttamente dell’idrogeno neutro e di superare gli inconvenienti dell'approccio quasar.
    Anche se gli studi basati su GRB sono altamente appetibili, la rara presenza di GRB abbastanza luminosi per permettere un'analisi dettagliata è stata una sfida. Gli unici dati precedentemente disponibili sulla re-ionizzazione erano la relazione del 2006 fatta della squadra attuale di dati provenienti da osservazioni del GRB 050904 col Subaru Telescope ("L’Universo si re-ionizza 900 milioni di anni dopo la nascita"). Questi vecchi dati provano che il tasso di ionizzazione era ancora alto in quel periodo, senza alcun segno di idrogeno neutro intergalattico.
    Il team di ricerca corrente ha utilizzato il FOCAS del Subaru Telescope per rilevare la post luminescenza di GRB 130606A il 6 giugno 2013 e ha studiato il suo spettro in grande dettaglio. La sua post luminescenza era abbastanza luminosa nella lunghezza d'onda del visibile da consentire l'analisi, nonostante la sua grande distanza - ad uno redshift di 5,913. La sua distanza colloca l'oggetto in un tempo vicino al periodo re-ionizzazione presunta. I dati del Subaru Telescope mostrano chiaramente che il gas neutro di idrogeno intergalattici era presente, come testimoniato dallo spetro di assorbimento osservato. Ulteriori analisi hanno condotto la squadra a concludere che oltre il 10% del gas idrogeno era neutro rispetto alla quantità totale di idrogeno. Ciò significa che l'Universo aveva ancora una percentuale elevata di gas di idrogeno neutro all’età di un miliardo anni. Questa è la prima volta che un gruppo di ricerca ha fatto una misurazione quantitativa di una tale elevata percentuale di gas neutro in questo periodo.
    Questa scoperta segna un passo importante per gli scienziati verso la comprensione dell'epoca che ha preceduto la re-ionizzazione. Telescopi di nuova generazione, sia nello spazio che a terra, come il futuro Thirty-Meter Telescope-(TMT), mostreranno sicuramente come le galassie di prima generazione si siano formate nell'Universo primordiale e definiranno più chiaramente il processo di transizione da un Universo opaco e riempito di idrogeno neutro ad uno trasparente e re-ionizzato


    Articolo originale QUI.

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