La luce di Lyman-alpha svela il segreto della reionizzazione?

Gli astronomi cercano di capire come l’universo si sia “illuminato” dopo le prime stelle. Un team ha usato i dati di JWST, il telescopio spaziale più avanzato, per osservare galassie molto lontane, a una epoca chiamata “epoca della reionizzazione”. Questo periodo, poco dopo il Big Bang, è quando la luce dei primi oggetti ha iniziato a rompere la nebbia oscura di idrogeno che avvolgeva l’universo. Gli studiosi hanno identificato emissioni di Lyman-alpha, una radiazione lumininescente emessa dagli idrogeni, in 14 galassie a una distanza tale che la luce viaggiava già da oltre 13 miliardi di anni. Tra queste, otto sono state scoperte grazie alla combinazione di dati di JWST e spettroscopia Keck. Uno dei candidati potrebbe essere un’AGN, una galassia con un buco nero supermassiccio al centro. I ricercatori hanno anche analizzato l’ambiente di queste galassie, cercando di capire se vivono in aree più fitte o meno fitte rispetto alla media. Sembra che non ci sia una correlazione forte tra la visibilità della luce di Lyman-alpha e la densità delle galassie. Questo suggerisce che altri fattori, come la velocità della formazione stellare o la presenza di AGN, potrebbero influenzare la visibilità di questa emissione. I risultati aiutano a raffinare modelli sull’origine della reionizzazione e sottolineano l’importanza di osservazioni future con copertura spettrale più ampia.

La luce di Lyman-alpha (Lyα) è una linea di emissione dell’idrogeno con lunghezza d’onda di 121,6 nm nel vuoto. Quando un elettrone nell’idrogeno cade dallo stato eccitato n=2 a quello fondamentale n=1, emette un fotone con questa lunghezza d’onda. Durante l’epoca della reionizzazione (z ≈ 6–10), l’universo era ancora parzialmente neutro, e la luce di Lyα potrebbe essere assorbita o dispersa dall’idrogeno neutro, rendendola difficile da osservare. Tuttavia, in ambienti ionizzati o in prossimità di fonti di radiazione intensa (come stelle massicce o AGN), l’idrogeno è già ionizzato e la luce di Lyα può propagarsi liberamente. Gli autori dello studio hanno utilizzato i dati del programma FRESCO su JWST per identificare emissori di [OIII] a 5007 Å, un indicatore affidabile della presenza di idrogeno ionizzato. Attraverso lo spettroscopio Keck/MOSFIRE, hanno confermato otto nuovi LAE a z = 7.0–7.7. Il confronto tra le proprietà di LAE e non-LAE mostra differenze minime, tranne che nella frequenza di formazione stellare recente (SFR10/SFR50 ≈ 1.3) e nell’ampiezza equivalente di [OIII] (≈1.5 volte). Questo implica che le galassie che mostrano Lyα hanno una leggera preferenza per ambienti con attività stellare più recente e intensa. Tuttavia, la mancanza di differenze significative in pendenza UV (β), magnitudine UV (M_UV) o massa stellare (log M_*) indica che la visibilità di Lyα non è determinata solo dalla massa o dall’età della popolazione stellare. L’interazione con l’AGN candidato potrebbe svolgere un ruolo chiave, poiché i AGN emettono radiazione ionizzante intensa che può creare “corridoi” attraverso l’idrogeno neutro, facilitando l’uscita della luce di Lyα. Studi futuri con spettroscopia a banda larga e campionamenti più completi saranno essenziali per mappare con precisione la transizione tra l’universo neutro e ionizzato.