Un team internazionale di astronomi ha individuato il più distante progenitore di un superammasso di galassie mai scoperto, una struttura primordiale che permette di osservare da vicino le prime fasi della formazione delle più grandi architetture cosmiche. La scoperta, pubblicata sulla rivista The Astrophysical Journal, apre una nuova finestra sulla comprensione di come i gruppi di galassie, gli ammassi galattici e le gigantesche reti che compongono l’Universo si siano evolute nel corso di miliardi di anni. La struttura individuata, denominata COSMOS-z3.1-A, è stata osservata quando l’Universo aveva appena 2,1 miliardi di anni, un’epoca estremamente giovane rispetto ai circa 13,8 miliardi di anni dell’età attuale del cosmo. Gli astronomi hanno stabilito che si tratta di un proto-superammasso, cioè l’antenato di quello che in futuro diventerà un vero e proprio “ammasso di ammassi” di galassie. La scoperta è stata resa possibile grazie ai dati della ODIN survey (One-hundred-deg2 DECam Imaging in Narrowbands), realizzata con la Dark Energy Camera (DECam) installata sul telescopio Víctor M. Blanco da 4 metri presso l’osservatorio di Cerro Tololo, in Cile.
Il primo sguardo al futuro dei superammassi galattici
Gli ammassi di galassie rappresentano le più grandi strutture dell’Universo tenute insieme dalla gravità. Sono giganteschi raggruppamenti formati da centinaia o migliaia di galassie, estesi per milioni di anni luce, la cui massa è dominata dalla materia oscura, considerata uno degli elementi fondamentali nella costruzione della struttura cosmica. Gli ammassi osservabili nell’Universo vicino sono sistemi ormai maturi, ma la loro origine risale a strutture molto più antiche chiamate protoammassi di galassie.
Si tratta di enormi aggregati ancora in fase di crescita, nei quali le galassie stanno progressivamente fondendosi senza aver ancora raggiunto una configurazione stabile. Studiare questi oggetti quando l’Universo era molto giovane permette agli scienziati di ricostruire il processo attraverso cui le prime strutture cosmiche si sono trasformate negli enormi ammassi osservati oggi. L’obiettivo dello studio era proprio quello di comprendere come crescono le grandi strutture dell’Universo e quale influenza esercitano sull’evoluzione delle galassie al loro interno. “Con questo progetto, speriamo di comprendere la crescita delle strutture massicce nell’Universo e come queste influenzino l’evoluzione delle galassie al loro interno. Speriamo anche di avere una migliore comprensione di come questi protoammassi siano collegati alla più grande rete cosmica”, ha spiegato Vandana Ramakrishnan, principale autrice della ricerca.
Una massa impressionante: 5000 volte quella della Via Lattea
Gli astronomi hanno analizzato i dati raccolti dalla ODIN survey, che negli ultimi tre anni ha utilizzato la Dark Energy Camera per oltre 100 notti di osservazione, catturando immagini profonde di un’enorme porzione del cielo dell’emisfero australe. Grazie alla sua ampia capacità di osservazione e alla risoluzione di 570 megapixel, DECam ha permesso di individuare ben 150 protoammassi distanti, formatisi quando l’Universo aveva un’età compresa tra 1 e 3 miliardi di anni. Tra questi, gli scienziati hanno concentrato l’attenzione su due strutture particolarmente dense: COSMOS-z3.1-A e COSMOS-z3.1-C. La prima si è rivelata una struttura ancora più rara di un semplice protoammasso: un vero e proprio proto-superammasso, cioè la fase embrionale di un futuro insieme di ammassi galattici. La sua massa stimata è straordinaria: circa 5000 volte superiore a quella della Via Lattea. Gli studiosi ritengono che strutture simili siano estremamente rare nell’Universo. “COSMOS-z3.1-A rappresenta le regioni più estreme e più dense dell’Universo. Pensiamo che dovrebbe esistere meno di un oggetto simile ogni 10.000 ammassi di galassie!”, ha dichiarato Ramakrishnan.
La mappa tridimensionale che rivela la ragnatela cosmica
La prima individuazione delle strutture è avvenuta attraverso una mappa bidimensionale del cielo, ma per comprenderne davvero la natura era necessario ricostruirne la posizione nello spazio tridimensionale. Per questo motivo il gruppo di ricerca ha effettuato ulteriori osservazioni spettroscopiche utilizzando diversi strumenti avanzati. Gli spettrografi permettono infatti di misurare la distanza degli oggetti celesti analizzando le caratteristiche della loro luce, trasformando una semplice immagine del cielo in una vera mappa tridimensionale dell’Universo.
La maggior parte dei dati spettroscopici è stata ottenuta grazie al Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), uno degli strumenti più potenti al mondo per questo tipo di analisi, capace di misurare contemporaneamente la distanza di circa 5000 galassie. Sono state inoltre utilizzate osservazioni ottenute con il Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) installato sul telescopio Gemini South in Cile e con il DEep Imaging Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) del telescopio Keck II alle Hawaii. Il risultato è una delle prime ricostruzioni tridimensionali dettagliate di diversi protoammassi lontanissimi, una tecnica che consente di distinguere le zone centrali delle strutture, le periferie e i filamenti cosmici che le alimentano.
Il ruolo della rete cosmica nella nascita dei giganti dell’Universo
Le mappe tridimensionali hanno mostrato che questi antichi protoammassi non hanno una forma regolare, ma sono caratterizzati da una struttura estremamente frammentata, irregolare e piena di addensamenti. Gli scienziati hanno osservato che queste gigantesche strutture si trovano nei punti di incontro di diversi filamenti della rete cosmica, una sorta di immensa ragnatela composta da materia oscura e galassie che attraversa tutto l’Universo. È la prima volta che fenomeni di questo tipo vengono osservati direttamente in una fase così remota della storia cosmica.
I risultati confermano le attuali teorie sulla formazione delle strutture dell’Universo, secondo cui la crescita cosmica avviene attraverso un processo “dal basso verso l’alto”. Secondo questo modello, infatti, le strutture più piccole si formano per prime e successivamente si aggregano dando origine a sistemi sempre più grandi. Le zone dense e irregolari osservate nelle mappe rappresenterebbero proprio le prime fasi di questo processo. Con il passare del tempo, questi ammassi primordiali continueranno a collassare e fondersi, trasformandosi in strutture più compatte e tondeggianti simili agli ammassi di galassie presenti nell’Universo vicino.
Nuove scoperte in arrivo grazie ai telescopi del futuro
La ODIN survey si trova in una posizione privilegiata per individuare nuove strutture cosmiche estremamente lontane grazie alla combinazione tra grande area osservata e profondità delle immagini raccolte. La metodologia sviluppata dal team sarà fondamentale per le future ricerche dedicate alla nascita degli ammassi di galassie e all’evoluzione della struttura su larga scala dell’Universo. “La metodologia di ricostruzione tridimensionale presentata in questo lavoro sarà una componente fondamentale di questi studi, permettendoci di distinguere chiaramente i nuclei e le regioni esterne dei protoammassi, così come i filamenti cosmici che li alimentano”, ha spiegato Ramakrishnan. Nei prossimi anni gli astronomi attendono nuove scoperte grazie anche all’osservatorio Vera C. Rubin, che realizzerà la Legacy Survey of Space and Time (LSST), una delle più ambiziose campagne di osservazione mai progettate. Il telescopio Rubin mapperà l’intero cielo dell’emisfero australe ogni pochi giorni, creando una quantità enorme di dati che, combinati con quelli della ODIN, permetteranno di studiare l’evoluzione delle galassie e degli ammassi cosmici lungo tutta la storia dell’Universo.
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