Nell’universo primordiale esisteva molto ossigeno, rivela JWST – Physics World

Utilizzando uno spettrografo all’avanguardia montato sul James Webb Space Telescope (JWST), gli astronomi hanno trovato prove che l’ossigeno interstellare era molto più abbondante in molte galassie antiche di quanto si pensasse in precedenza. Guidato da Kimihiko Nakajima presso l'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone, il team spera che le loro osservazioni possano migliorare la nostra comprensione dell'universo primordiale.

Il Big Bang creò un universo primordiale fatto di idrogeno ed elio, con una piccola quantità di litio – e questa materia si fuse per formare le prime stelle e galassie. Elementi più pesanti come l'ossigeno furono poi creati dalla fusione nucleare nei nuclei di queste stelle. Quando le stelle esplosero come supernove, gli elementi pesanti furono dispersi in intere galassie, trasformando per sempre la composizione chimica del cosmo.

La “metallicità in fase gassosa” è un parametro osservativo che descrive l’abbondanza di questi elementi più pesanti nelle galassie (gli astronomi usano il termine metallo per tutti gli elementi più pesanti dell’elio). Il suo valore è fondamentale per comprendere la storia evolutiva di una galassia, nonché per prevedere quando molecole complesse – i possibili elementi costitutivi della vita – potrebbero iniziare ad emergere.

Calibro affidabile

Un indicatore affidabile della metallicità in fase gassosa di una galassia è l'abbondanza di ossigeno ionizzato nel suo mezzo interstellare. Questa abbondanza può essere determinata osservando la caratteristica luce emessa dall'ossigeno. Tuttavia, questo approccio ha i suoi limiti quando si osserva l’universo primordiale.

“Osservazioni precedenti avevano già rivelato la presenza di abbondante ossigeno nelle galassie circa due miliardi di anni dopo il Big Bang”, spiega Nakajima. “Tuttavia, la luce proveniente da galassie che esistevano anche più indietro nel tempo è influenzata in modo significativo dall’espansione dell’universo, causandone lo spostamento nella gamma del vicino infrarosso”.

Ora, Nakajima e colleghi hanno osservato questa luce spostata verso il rosso utilizzando i JWST Spettrografo del vicino infrarosso (NIRSpec) – e questo ha permesso loro di fare un passo avanti nella misurazione della metallicità in fase gassosa delle antiche galassie.

Osservazioni rivoluzionarie

“Abbiamo identificato 138 antiche galassie che esistevano oltre 12 miliardi di anni fa e determinato la loro abbondanza di ossigeno, un livello di analisi quasi impossibile prima del lancio di JWST”, spiega Nakajima. “Abbiamo sviluppato e applicato rigorosamente tecniche di analisi avanzate ai dati NIRSpec, conducendo analisi su una scala molte volte più ampia rispetto agli studi precedenti”.

Lo spettrometro JWST affina i redshift di galassie lontane

I loro risultati rivelano che, tranne alcune delle galassie più antiche osservate da NIRSpec, la composizione del mezzo interstellare era straordinariamente familiare. “La maggior parte delle galassie presentavano abbondanze di ossigeno simili a quelle delle galassie moderne”, spiega Nakajima. Tuttavia, sei delle galassie più antiche che esistevano quando l’universo aveva solo 500-700 milioni di anni avevano molto meno ossigeno delle galassie moderne.

Con questa scoperta, il team ha potuto individuare più da vicino il momento in cui la composizione elementare dell’universo ha iniziato a cambiare. “I risultati dimostrano un rapido e drammatico aumento dell’abbondanza di ossigeno nelle galassie durante i primi 500-700 milioni di anni dopo la nascita dell’universo”, afferma Nakajima. “Questa scoperta potrebbe suggerire che, con ingredienti necessari come l’ossigeno già prontamente disponibili nell’universo primordiale, la vita potrebbe essere apparsa prima di quanto si pensasse in precedenza”.

Il team ipotizza che questo improvviso cambiamento potrebbe essere stato causato da differenze nella natura della formazione stellare nell’universo primordiale, così come dal flusso di materiale dentro e fuori le sue galassie. Attraverso ulteriori osservazioni con NIRSpec, combinate con calcoli statistici più approfonditi, mireranno ora a costruire una teoria più solida nel loro lavoro futuro.

Le osservazioni sono descritte in La serie di supplementi del giornale astrofisico.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/lots-of-oxygen-existed-in-the-early-universe-jwst-reveals/