I Redshift Immaginari


29/02/2008 In matematica esistono i numeri reali e quelli immaginari, l'astrofisica pare non essere da meno: nel corso degli ultimi anni si sono ben delineate due distinte grandezze fisiche: I redshift reali e quelli immaginari!

Il redshift, come molti sapranno, è la misura dello spostamento verso lunghezze d'onda maggiori (il rosso) delle righe spettrali di un oggetto astrofisico, solitamente una galassia; si tratta di una quantità  intimamente legata alla velocità di allontanamento o di recessione dall'osservatore dell'oggetto stesso e questa velocità risulta connessa all'espansione della metrica dell'Universo.

Secondo il modello standard del BigBang, altrimenti detto "concordance model", l'Universo si espande e, a causa di questa sua espansione, più un oggetto ha redshift grande e più la sua luce è stata generata lontana nel tempo e nello spazio, emessa quando sia l'oggetto sia l'Universo erano molto più giovani.

Analizzando campi fondi come l'Hubble Ultra Deep Field è possibile trovare oggetti aventi redshift intorno a 6/7, i cui fotoni lasciarono la loro superficie quando l'Universo aveva solo poche decine di milioni di anni; il record della galassia più lontana è stato ottenuto dall'astronomo giapponese Masanori Iye, che ha osservato con la SuprimeCam del SubaruTelescope la galassia IOK-1 e, tramite lo spettrografo FOCAS si ha misurato un redshift di 6.96; a questo redshift, secondo le moderne teorie l'Universo avrebbe una età stimata di circa 0.78 miliardi di anni.

Osservando la galassia in questione quindi, staremmo osservando un look-back-time di circa 13 miliardi di anni (Immagine - 1).(1)

Immagine - 1 - Look back time della galassia IOK-1 vista dalla SuprimeCam del Subaru Telescope.

Nel 2004 una press release dell'ESO annunciò, non senza una buona dose di sensazionalismo, la scoperta di una galassia gravitazionalmente lentizzata a redshift 10.

A questa press release seguì un articolo su Astronomy & Astrophysics (A&A, 416,L35-L40 (2004)) targato Pellò et al., in cui si spiegava che l'ammasso Abell 1835, posto tra noi ed una fantomatica galassia, tramite l'effetto di lente gravitazionale, esso magnificava questa galassia di un fattore compreso tra 25 e 100; la luce della galassia, che altrimenti non sarebbe stata visibile, tramite questo effetto venne studiata.

Immagine - 2 - La fantomatica galassia a redshift 10 di Pellò et al; viene mostrato il cluster Abell 1835 osservato da ISAAC che ha permesso l'identificazione fallace della sorgente a redshift 10 (nel circoletto).

Tramite le osservazioni effettuate con VLT/ISAAC ed utilizzando la tecnica delle Lyman drop-out si isolò la sorgente e nel suo spettro si identificò una debole linea spettrale in buon accordo con un oggetto situato a redshift compreso tra 9 ed 11 (Immagine - 2).

Circa un anno dopo i sensazionalismi si esaurirono velocemente quando apparve una brevissima nota sulla stessa press release, ancora consultabile al sito dell'ESO, che malinconicamente annunciava che la sorgente in questione non era stata osservata nè da FORS in una profonda survey nella banda V, nè da Gemini North nel medio infrarosso ad una magnitudine limite maggiore di quella raggiungibile da ISAAC.

Nonostante questa negativa vicissitudine, che gettò irrimediabilmente ombra sugli studi dei redshift di questi oggetti magnificati gravitazionalmente, Stark ed Ellis sono recentemente andati ben oltre.

Noncuranti dello scetticismo della comunità astronomica internazionale, i due astronomi hanno presentato un lavoro alla Royal Astronomy Society in cui descrivevano per filo e per segno, che, osservando l'ammasso di galassie Abell 1689 con il telescopio KeckII, hanno scoperto sei galassie aventi redshift compreso tra 8 e 10; queste galassie, come nel caso della Pellò, avrebbero subito un fenomeno di magnificazione, altrimenti la loro luce sarebbe stata troppo debole per essere rivelata.

Immagine - 3 - Il cluster osservato da Stark, Ellis et al.

Fin qui nessun problema ed anzi niente di più comune; il punto chiave risulta valutare l'entità del fenomeno di magnificazione. Per la galassia Abell1689c1 l'entità della magnificazione è stata stimata in un fattore 20 da Stark e compagnia.

Secondo Stark il fenomeno di magnificazione generato dal cluster ha reso osservabile la galassia altrimenti celata alla vista e facendone uno spettro si sono identificate delle deboli righe di emissione, che sono state associate ad alcune righe note spostate di un redshift di 10.23.

Se una tale notizia venisse confermata, significherebbe che già 500mila anni dopo il BigBang nell'Universo erano presenti delle galassie, chiaramente ad alto tasso di formazione stellare, le quali risplendevano già della luce proveniente dalle prime popolazioni di stelle supergiganti blu assemblate dall'idrogeno neutro dopo la ricombinazione e responsabili, grazie alla loro alto irraggiamento, della prima re-ionizzazione del mezzo interstellare.

Ovviamente il lavoro è molto complesso e si tratta di estrapolare delle informazioni al limite della sensibilità degli attuali strumenti; la stessa detezione delle sorgenti può presentare seri problemi se la precedente riduzione scientifica dei dati non è stata effettuata correttamente.

In ultima analisi, a causa dei sovracitati problemi osservazionali è non affatto improbabile, che, come accadde nel 2004 per l'ESO, da qui a qualche tempo vi possa essere una smentita ufficiale o ufficiosa che restituisca inevitabilmente il record della galassia più lontana a IOK-1.

Nel frattempo però, come Popper insegna, in mancanza di una adeguata falsificazione, diamo almeno il privilegio del dubbio al lavoro di Stark ed Ellis.

Note

1) Un calcolo veloce dell'età  dell'universo assieme a tante altre quantità  fisiche è possibile effettuarlo ad uno dei tanti siti web di cosmologia sparsi nella rete; un esempio è il sito di Ned Wright: www.astro.ucla.edu/~wright/CosmoCalc.html. Nel sito in questione è possibile inserire alcune quantità  come la costante du Hubble, Omega-matter ed il redshift a cui calcolare i parametri in una situazione di universo chiuso, aperto o piatto: vengono quindi calcolati sia l'età dell'universo a quel redshift, sia la sua età odierna secondo il modello di universo scelto, il light travel time, la distanza radiale comovente, la grandezza angolare e la distanza di luminosità.

Sitografia

Daniel P. Stark Curriculum vitae [PDF file, ]

www.astro.caltech.edu/~dps/cv.pdf

Richard Ellis Home page

www.ast.cam.ac.uk/~rse/

Masanory Iye home page

http://optik2.mtk.nao.ac.jp/~iye/iyehomee.htm

Subaru Telescope Web page

http://subarutelescope.org/index.html

FOCAS Web page

http://subarutelescope.org/Observing/Instruments/FOCAS/index.html



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