Hubble scopre una galassia che ha illuminato l'universo primordiale: MXDFz4.4

Gli astronomi, utilizzando il telescopio spaziale Hubble della NASA, hanno scoperto che la galassia MXDFz4.4 è l'emettitrice di continuo di Lyman (LyC) con il più alto redshift mai rilevato , una galassia esistita appena 1,4 miliardi di anni dopo il Big Bang . La scoperta fornisce uno sguardo diretto e dettagliato su come la luce ionizzante di una singola galassia abbia contribuito a dissipare la nebbia opaca dell'universo primordiale e spinge indietro la linea temporale conosciuta della reionizzazione, rivelando che questo processo era ancora attivamente in corso molto più tardi di quanto si pensasse in precedenza.

Ecco i dettagli specifici e le scoperte:

• Età e Redshift: La galassia è osservata a un redshift di z=4.442, il che significa che esisteva quando l'universo aveva circa 1,4 miliardi di anni . Fondamentalmente, è osservata solo circa 250 milioni di anni dopo la fine dell'Epoca della Reionizzazione (EoR) . Il fatto che un'emettitrice così potente di luce ionizzante sia stata trovata dopo l'EoR è stato "qualcosa che non si aspettavano" e dimostra che la reionizzazione è stata un processo più prolungato e irregolare, estendendosi ben oltre il punto finale comunemente ipotizzato.

• Dimensioni e Formazione Stellare: Le dettagliate immagini in luce visibile di Hubble rivelano che la galassia contiene giovani stelle ammassate in modo molto compatto . Molteplici esplosioni di formazione stellare hanno ripulito il gas all'interno e intorno a MXDFz4.4, permettendo alla sua potente luce ultravioletta di fuoriuscire .

• Percentuale di Luce Ionizzante Fuoriuscita: La frazione di fotoni ionizzanti (continuo di Lyman) che fuoriesce dalla galassia è notevolmente alta, misurata in un intervallo compreso tra 53 e 100% . Si tratta di una frazione di fuga molto più alta del <5–10% tipicamente osservato in altre galassie a redshift più basso, rendendo MXDFz4.4 una "forte emettitrice LCE" (Lyman Continuum Emitter) e un esempio lampante del tipo di galassia che potrebbe aver guidato la reionizzazione .

• Come Spiega la Transizione da Opaco a Trasparente: Questa galassia è una potente emettitrice di continuo di Lyman, il che significa che perde una quantità significativa di fotoni UV ad alta energia in grado di ionizzare l'idrogeno neutro . Questo dimostra direttamente un meccanismo per la transizione: l'intensa formazione stellare, compatta all'interno della galassia, ha aperto dei canali attraverso il gas neutro, permettendo alla radiazione ionizzante di fuggire nel mezzo intergalattico e trasformare il gas neutro opaco in plasma trasparente .

• Ruoli di Hubble, Webb e del Very Large Telescope (VLT):

  • Hubble (HST): Ha fornito la fondamentale imaging ad alta risoluzione in luce visibile che ha rivelato la struttura dettagliata degli ammassi stellari e dei canali scavati nella galassia . Hubble è stato il primo a rilevare l'inaspettata luce UV proveniente da questa galassia .
  • Very Large Telescope (VLT / MUSE): La galassia è stata identificata come un bersaglio all'interno del MUSE eXtremely Deep Field (MXDF) . Lo strumento MUSE del VLT ha fornito la spettroscopia profonda e spazialmente risolta necessaria per confermare l'alto redshift della galassia e per misurare la morfologia della sua linea Lyman-alfa, che è stata utilizzata per tracciare la luce del continuo di Lyman in fuga .
  • James Webb Space Telescope (JWST / NIRISS): Lo strumento NIRISS di JWST ha preso uno spettro di MXDFz4.4 come parte del programma NGDEEP. Sebbene nello spettro non siano state rilevate linee di emissione, i dati sono stati utilizzati per aiutare a escludere redshift alternativi (ad esempio, un allineamento casuale con un intruso a basso redshift) e hanno contribuito a perfezionare la fotometria della galassia .

• Come Sposta Indietro la Linea Temporale della Reionizzazione: I modelli standard collocano la fine dell'Epoca della Reionizzazione a circa 1,1 miliardi di anni dopo il Big Bang. MXDFz4.4, osservata 1,4 miliardi di anni dopo il Big Bang, è una forte emettitrice LyC 250 milioni di anni dopo che si pensava fosse terminata l'EoR . La sua esistenza dimostra che le galassie che perdono attivamente luce ionizzante erano comuni molto più tardi nella storia cosmica di quanto si credesse in precedenza, suggerendo che il processo di reionizzazione non è stato un singolo evento netto, ma un processo graduale e prolungato che è continuato vigorosamente in epoche cosmiche successive .