La concezione in scala logaritmica dell’artista dell’universo osservabile. Le galassie lasciano il posto a grandi dimensioni… la struttura e il plasma caldo e denso del Big Bang in periferia. Cercare di capire quante galassie esistono all’interno dell’Universo è una delle grandi missioni cosmiche del nostro tempo.,
Utente di Wikipedia Pablo Carlos Budassi
Quando guardi il cielo notturno, attraverso il velo di stelle e il piano della Via Lattea vicino, non puoi fare a meno di sentirti piccolo davanti al grande abisso dell’Universo che si trova oltre. Anche se quasi tutti sono invisibili ai nostri occhi, il nostro Universo osservabile, che si estende per decine di miliardi di anni luce in tutte le direzioni, contiene un numero incredibilmente grande di galassie al suo interno.,
Quante galassie ci sono là fuori erano un mistero, con stime che passavano da migliaia a milioni a miliardi, il tutto mentre la tecnologia del telescopio migliorava. Se facessimo la stima più semplice usando la migliore tecnologia di oggi, dichiareremmo che ci sono 170 miliardi di galassie nel nostro Universo. Ma sappiamo di più, e la nostra stima moderna è ancora più grande: due trilioni di galassie. Ecco come ci siamo arrivati.
Le nostre più profonde indagini sulle galassie possono rivelare oggetti a decine di miliardi di anni luce di distanza, ma anche con…, tecnologia ideale, ci sarà un grande divario di distanza tra la galassia più lontana e il Big Bang. Ad un certo punto, la nostra strumentazione semplicemente non può rivelarli tutti.
Sloan Digital Sky Survey (SDSS)
In un mondo ideale, semplicemente li contiamo tutti. Puntavamo i nostri telescopi verso il cielo, coprivamo l’intera cosa, raccoglievamo ogni fotone emesso sulla nostra strada e rilevavamo ogni oggetto che era là fuori, non importa quanto debole., Con una tecnologia arbitrariamente buona e una quantità infinita di risorse, misureremmo semplicemente tutto nell’Universo, e questo ci insegnerebbe quante galassie ci sono là fuori.
Ma in pratica, non funzionerà. I nostri telescopi hanno dimensioni limitate, il che a sua volta limita il numero di fotoni che possono raccogliere e le risoluzioni che possono raggiungere. C’è un compromesso tra quanto debole un oggetto si può vedere e quanto del cielo si può prendere in una volta. Parte dell’Universo è oscurata dalla materia che interviene., E più un oggetto è distante, più appare debole; ad un certo punto, una fonte è abbastanza lontana che nemmeno l’osservazione per un secolo rivelerà una tale galassia.
Le stelle e le galassie che vediamo oggi non sono sempre esistite, e più ci allontaniamo, più ci avviciniamo… perfettamente liscio l’Universo ottiene, ma c’è un limite alla levigatezza che avrebbe potuto raggiungere, altrimenti non avremmo alcuna struttura oggi. Per spiegare tutto, abbiamo bisogno di una modifica al Big Bang: l’inflazione cosmologica.
NASA, ESA e A., Feild (STScI)
Quindi quello che possiamo fare, invece, è vedere una porzione chiara dell’Universo senza intervenire sulla materia, sulle stelle o sulle galassie il più profondamente possibile. Più a lungo guardi una singola macchia di cielo, più luce raccoglierai e più rivelerai a riguardo. Lo abbiamo fatto per la prima volta a metà degli anni 1990 con il telescopio spaziale Hubble, indicando una zona di cielo che era nota per non avere praticamente nulla in esso, e semplicemente sederci su quel punto e lasciare che l’Universo rivelasse ciò che era presente.,
La regione vuota del cielo, mostrata nella scatola gialla a forma di L, era la regione scelta per essere l’osservatore… posizione dell’immagine originale Hubble Deep Field. Senza stelle o galassie conosciute al suo interno, in una regione priva di gas, polvere o materia nota di qualsiasi tipo, questo era il luogo ideale per guardare nell’abisso dell’Universo vuoto.
NASA/Digital Sky Survey, STScI
E ‘ stata una delle strategie più rischiose di tutti i tempi., Se avesse fallito, sarebbe stato uno spreco di oltre una settimana di tempo di osservazione sul telescopio spaziale Hubble appena corretto, l’osservatorio più ricercato con cui prendere i dati. Ma se ci fosse riuscito, prometteva di rivelare uno scorcio dell’Universo in un modo che non avevamo mai visto prima.
Abbiamo raccolto dati per centinaia di orbite, attraverso una moltitudine di diverse lunghezze d’onda, sperando di rivelare galassie che erano più deboli, più distanti e più difficili da vedere di qualsiasi avevamo rilevato prima. Speravamo di sapere com’era davvero l’Universo ultraterreno., E quando quella prima immagine finalmente è stata elaborata e rilasciata, abbiamo ottenuto una vista diversa da qualsiasi altra.
L’immagine originale Hubble Deep Field, per la prima volta, ha rivelato alcuni dei più deboli, la maggior parte… galassie lontane mai viste. Solo con una visione multiwavelength e long-exposure dell’Universo ultra-distante potremmo sperare di rivelare questi oggetti mai visti prima.
R. Williams (STScI), il team Hubble Deep Field e la NASA
Ovunque abbiamo guardato, in tutte le direzioni, c’erano galassie. Non solo pochi, ma migliaia e migliaia di loro., L’Universo non era vuoto e non era buio; era pieno di sorgenti luminose. Per quanto eravamo in grado di vedere, stelle e galassie erano raggruppate e raggruppate ovunque.
Ma c’erano altri limiti. Le galassie più lontane sono coinvolte nell’espansione dell’Universo, causando il redshift delle galassie lontane oltre il punto in cui i nostri telescopi ottici e nel vicino infrarosso (come Hubble) potrebbero rilevarle. Dimensioni finite e tempi di osservazione significava che solo le galassie al di sopra di una certa soglia di luminosità potevano essere viste., E galassie molto piccole, a bassa massa, come Segue 3 nel nostro cortile, sarebbero troppo deboli e piccole per essere risolte.
Solo circa 1000 stelle sono presenti nella totalità delle galassie nane Segue 1 e Segue 3,… che ha una massa gravitazionale di 600.000 Soli. Le stelle che compongono il satellite nano Segue 1 sono cerchiate qui. Se la nuova ricerca è corretta, allora la materia oscura obbedirà a una distribuzione diversa a seconda di come la formazione stellare, nel corso della storia della galassia, l’ha riscaldata.,
Marla Geha e Keck Observatories
Così potremmo superare i nostri limiti tecnologici da quell’immagine della metà degli anni ‘ 90, ma anche così, non potremmo mai ottenere tutte le galassie. Il miglior tentativo che abbiamo mai fatto è stato l’Hubble eXtreme Deep Field (XDF), che rappresentava un’immagine composita di dati ultravioletti, ottici e infrarossi. Osservando solo una piccola macchia di cielo così piccola che ci vorrebbero 32 milioni di loro per coprire tutte le possibili direzioni che potremmo guardare, abbiamo accumulato un totale di 23 giorni di dati.,
Impilare tutto insieme in una singola immagine ha rivelato qualcosa di mai visto prima: un totale di circa 5.500 galassie. Ciò rappresentava la più alta densità di galassie mai osservata attraverso un raggio stretto e simile a una matita nello spazio.
Diverse campagne a lunga esposizione, come l’Hubble eXtreme Deep Field (XDF) mostrato qui, hanno rivelato… migliaia di galassie in un volume dell’Universo che rappresenta una frazione di un milionesimo del cielo., Ma anche con tutta la potenza di Hubble, e tutto l’ingrandimento delle lenti gravitazionali, ci sono ancora galassie là fuori al di là di ciò che siamo in grado di vedere.
NASA, ESA, H. Teplice e M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), e Z. Levay (STScI)
Si potrebbe pensare, dunque, che possiamo stimare il numero di galassie nell’Universo, prendendo il numero che abbiamo osservato in questa immagine e moltiplicando per il numero di immagini che ci vorrebbe per coprire tutto il cielo.,
In effetti, è possibile ottenere un numero spettacolare in questo modo: 5500 moltiplicato per 32 milioni viene fuori per un incredibile 176 miliardi di galassie.
Ma non è una stima; è un limite inferiore. Da nessuna parte in quella stima compaiono le galassie troppo deboli, troppo piccole o troppo vicine a un’altra. Da nessuna parte appaiono le galassie oscurate dal gas neutro e dalla polvere, né le galassie situate oltre le capacità di redshift di Hubble. Eppure, proprio come quelle galassie esistono nelle vicinanze, dovrebbero esistere anche nell’Universo giovane e lontano.,
Le galassie paragonabili all’attuale Via Lattea sono numerose, ma le galassie più giovani sono lattiginose… Way-like sono intrinsecamente più piccoli, più blu, più caotici e più ricchi di gas in generale rispetto alle galassie che vediamo oggi. Per le prime galassie di tutti, questo dovrebbe essere portato all’estremo, e rimane valido fin da quando abbiamo mai visto.
NASA ed ESA
Il grande ingrediente di cui abbiamo bisogno per ottenere una stima vera, quindi, è come la struttura si forma con precisione nell’Universo., Se possiamo eseguire una simulazione che inizia con:
- gli ingredienti che compongono l’Universo,
- le giuste condizioni iniziali che riflettono la nostra realtà,
- e le corrette leggi della fisica che descrivono la natura,
possiamo simulare come un tale Universo si evolve. Possiamo simulare quando si formano le stelle, quando la gravità trascina la materia in collezioni abbastanza grandi da creare galassie e confrontare ciò che le nostre simulazioni prevedono con l’Universo, sia vicino che lontano, che effettivamente osserviamo.,
Forse sorprendentemente, ci sono più galassie nell’Universo primordiale di quante ce ne siano oggi. Ma non sorprende che siano più piccoli, meno massicci e sono destinati a fondersi insieme nelle vecchie spirali ed ellittiche che dominano l’Universo che abitiamo al momento. Le simulazioni che corrispondono meglio alla realtà contengono materia oscura, energia oscura e piccole fluttuazioni di semi che cresceranno, nel tempo, in stelle, galassie e ammassi di galassie.,
Soprattutto, quando guardiamo le simulazioni che corrispondono ai dati osservati al meglio, possiamo estrarre, in base alla nostra comprensione più avanzata, quali ciuffi di struttura dovrebbero equivalere a una galassia all’interno del nostro Universo.
Una simulazione della struttura su larga scala dell’Universo. Identificare quali regioni sono dense e… abbastanza massiccio da corrispondere alle galassie, incluso il numero di galassie esistenti, è una sfida che i cosmologi stanno solo ora aumentando.
Dott., Zarija Lukic
Quando facciamo esattamente questo, otteniamo un numero che non è un limite inferiore, ma piuttosto una stima per il vero numero di galassie contenute nel nostro Universo osservabile. La risposta notevole?
Ad oggi, due trilioni di galassie dovrebbero esistere all’interno del nostro Universo osservabile.
Eppure, quel numero è così notevolmente diverso dalla stima del limite inferiore che abbiamo trovato dall’immagine di Hubble eXtreme Deep Field., Due trilioni contro 176 miliardi significa che più del 90% delle galassie all’interno del nostro Universo sono oltre le capacità di rilevamento anche del più grande osservatorio dell’umanità, anche se guardiamo per quasi un mese alla volta.
Due galassie vicine viste nella vista ultravioletta del campo MERCI-Sud, una delle quali è… attivamente formando nuove stelle (blu) e l’altro che è solo una galassia normale. Sullo sfondo, galassie lontane possono essere viste anche con le loro popolazioni stellari., Anche se sono più rari, ci sono ancora galassie tardive che formano attivamente enormi quantità di nuove stelle.
NASA, ESA, P. Oesch (Università di Ginevra) e M. Montes (Università del Nuovo Galles del Sud)
Nel corso del tempo, le galassie si fusero e crebbero, ma piccole galassie deboli rimangono ancora oggi. Anche nel nostro Gruppo locale, stiamo ancora scoprendo galassie che contengono solo migliaia di stelle, e il numero di galassie che conosciamo è aumentato a più di 70., Le galassie più deboli, più piccole e lontane di tutte continuano a non essere scoperte, ma sappiamo che devono essere lì. Per la prima volta, possiamo stimare scientificamente quante galassie ci sono nell’Universo.
Il prossimo passo nel grande puzzle cosmico è trovare e caratterizzare il maggior numero possibile di essi e capire come è cresciuto l’Universo. Guidati dal telescopio spaziale James Webb e dalla prossima generazione di osservatori terrestri, tra cui LSST, GMT e ELT, siamo pronti a rivelare l’Universo finora invisibile come mai prima.