Cosa c’è dietro ogni grado quadrato nello spazio?

Il baldacchino del cielo notturno è immenso e maestoso.

La Via Lattea, vista all’osservatorio La Silla, è uno spettacolo sbalorditivo e maestoso per chiunque e offre una vista spettacolare di un gran numero di stelle nella nostra galassia. Sebbene ci siano sicuramente regioni, come verso il nostro centro galattico, che sono più dense di stelle rispetto ad altre, il “grado quadrato” medio del cielo contiene ~ 10 milioni di stelle della Via Lattea.

(Credito: ESO / Håkon Dahle)

Tutto sommato, cumulativamente, il cielo pieno contiene 41.253 gradi quadrati.

In questa foto del cielo notturno sopra il Very Large Telescope a Paranal, un braccio e una mano sono mostrati in scala angolare. L’unghia cerchiata del mignolo occupa circa un grado quadrato sul cielo, mentre la separazione angolare tra il mignolo e l’indice è di circa 12 gradi: la quantità che la Luna sembra spostare nel cielo da notte a notte.

(Credito: ESO / Y. Beletsky; modifiche: E. Siegel)

Se tieni la mano alla distanza di un braccio, l’unghia del mignolo copre circa 1 grado quadrato.

big bang caldo

Concezione artistica dell’universo osservabile in scala logaritmica. Il Sistema Solare lascia il posto alla Via Lattea, che lascia il posto alle galassie vicine che poi lasciano il posto alla struttura su larga scala e al plasma caldo e denso del Big Bang alla periferia. Ogni linea di vista che possiamo osservare contiene tutte queste epoche.

(Credito: Pablo Carlos Budassi; Unmismoobjetivo / Wikimedia Commons)

Dietro ogni singolo grado quadrato, c’è una porzione dell’Universo che svela la sua intera storia.

La vista di Gaiaâ € ™ s tutto il cielo della nostra Via Lattea e delle galassie vicine. Le mappe mostrano la luminosità totale e il colore delle stelle (in alto), la densità totale delle stelle (al centro) e la polvere interstellare che riempie la Galassia (in basso). Nota come, in media, ci siano circa 10 milioni di stelle in ogni grado quadrato, ma che alcune regioni, come il piano galattico o il centro galattico, hanno densità stellari ben al di sopra della media complessiva.

(Credito: ESA / Gaia / DPAC)

Nelle vicinanze, intercettiamo prima le stelle della Via Lattea: una media di ~ 10 milioni per grado quadrato.

Sebbene alcune regioni dello spazio siano ricche di galassie vicine mentre altre siano relativamente povere, ogni proverbiale fetta di cielo ci consente di afferrare oggetti di tutte le diverse distanze purché le nostre osservazioni siano sufficientemente sensibili da rivelarli. Gli oggetti più vicini e luminosi sono i più facili da risolvere, ma l’intera storia cosmica viene raccontata attraverso l’intero cielo.

(Credit: ESO / INAF-VST / OmegaCAM. Riconoscimento: OmegaCen / Astro-WISE / Kapteyn Institute)

Oltre alla nostra galassia natale, ce ne sono molte altre che si estendono indietro nel tempo e nello spazio.

irraggiungibile

L’Hubble eXtreme Deep Field (XDF) potrebbe aver osservato una regione di cielo solo 1/32.000.000 del totale, ma è stato in grado di scoprire ben 5.500 galassie al suo interno: circa il 10% del numero totale di galassie effettivamente contenute in questo fetta a forma di fascio di matita. Il restante 90% delle galassie è troppo debole o troppo rosso o troppo oscurato per essere rivelato da Hubble, ma quando estrapoliamo l’intero Universo osservabile, prevediamo di ottenere un totale di circa 2 trilioni di galassie.

(Credito: team HUDF09 e HUDF12; Elaborazione: E. Siegel)

La nostra visione più profonda dell’Universo, il campo Hubble eXtreme Deep, copre solo 1/32.000.000 di cielo.

Si vedono meno galassie vicine ea grandi distanze rispetto a quelle intermedie, ma ciò è dovuto a una combinazione di evoluzione e limiti osservativi. Nel corso del tempo, le galassie si fondono, crescono e si evolvono, ma le galassie più lontane e deboli rimangono al di là delle capacità di osservazione di Hubble. I futuri osservatori, sia a terra che nello spazio, riveleranno ciò che Hubble, al momento, non è stato in grado di mostrarci.

(Credito: NASA / ESA)

Ha rivelato 5500 galassie, distribuite nella storia cosmica del nostro Universo.

Le galassie paragonabili all’odierna Via Lattea sono numerose durante tutto il tempo cosmico, essendo cresciute in massa e con una struttura più evoluta al momento. Quando sono più giovani, le galassie sono intrinsecamente più piccole, più blu, più caotiche, più ricche di gas e hanno densità di elementi pesanti inferiori rispetto alle loro controparti moderne.

(Credito: NASA, ESA, P. van Dokkum (Yale U.), S. Patel (Leiden U.) e il team 3-D-HST)

Possiamo vedere come le galassie, le stelle e gli elementi all’interno crescono ed evolvono nel tempo.

La luna piena occupa circa 0,2 gradi quadrati nel cielo, il che significa che ne servono circa cinque per riempire un grado quadrato di spazio. L’Hubble eXtreme Deep Field, tuttavia, è molto più piccolo e ne occorrerebbero circa 776 per coprire un grado quadrato di cielo.

(Credit: NASA; ESA; e Z. Levay, STScI; Moon Credit: T. Rector; I. ​​Dell’Antonio / NOAO / AURA / NSF)

Occorrono 776 campi così profondi, cuciti insieme, per riempire solo un grado quadrato.

L’indagine COSMOS-Web (ribattezzata da COSMOS-Webb, poiché rileverà una parte della ragnatela cosmica) mapperà 0,6 gradi quadrati del cieloâ € šâ € ”â € Shabout l’area di tre lune pieneâ €” Lo strumento NIRCam (Near Infrared Camera) del telescopio spaziale James Webb, mappando contemporaneamente 0,2 gradi quadrati più piccoli con il Mid Infrared Instrument (MIRI). Rivelerà senza dubbio molte galassie deboli e lontane che erano inosservabili per Hubble e dovrebbe aiutarci a illuminarci su come è cresciuto l’Universo.

(Credit: Jeyhan Kartaltepe (RIT); Caitlin Casey (UT Austin); e Anton Koekemoer (STScI) Graphic Design Credit: Alyssa Pagan (STScI))

L’Universo contiene circa 50 milioni di galassie in ogni grado quadrato.

James Webb Hubble

Una parte dell’Hubble eXtreme Deep Field che è stata ripresa per 23 giorni totali, in contrasto con la vista simulata prevista da James Webb nell’infrarosso. Con il campo COSMOS-Web previsto a 0,6 gradi quadrati, dovrebbe rivelare circa 500.000 galassie nel vicino infrarosso, scoprendo dettagli che nessun osservatorio fino ad oggi è stato in grado di vedere. Mentre NIRcam produrrà le immagini migliori, lo strumento MIRI potrebbe produrre i dati più profondi.

(Credit: NASA/ESA e team Hubble/HUDF; collaborazione JADES per la simulazione NIRCam)

Galassie più deboli, più rosse e più lontane saranno sicuramente rivelate da futuri osservatori.

Lungo ogni linea di vista, ci sono oggetti distanti sullo sfondo come galassie e quasar la cui luce passa inevitabilmente attraverso nubi di gas intermedie. Quando ciò accade, si possono dedurre il contenuto elementare, le densità e i rapporti dei vari elementi e la temperatura della materia all’interno. Le nubi di gas più giovani e meno elaborate rivelano come la composizione dell’Universo si sia evoluta nel tempo.

(Credito: ESO)

Viste precedenti rivelano un Universo più caldo, più incontaminato e uniforme.

temperatura dell'universo

In qualsiasi epoca della nostra storia cosmica, qualsiasi osservatore sperimenterà un “bagno” uniforme di radiazione omnidirezionale che ha avuto origine al Big Bang. Oggi, dal nostro punto di vista, è solo 2.725 K sopra lo zero assoluto, e quindi è osservato come lo sfondo cosmico delle microonde, con un picco nelle frequenze delle microonde. A grandi distanze cosmiche, se guardiamo indietro nel tempo, quella temperatura era più calda a seconda dello spostamento verso il rosso dell’oggetto distante osservato.

(Credito: Terra: NASA / BlueEarth; Via Lattea: ESO / S. Brunier; CMB: NASA / WMAP)

Ogni successivo “raggio a matita” ci aiuta a capire come il nostro Universo si è evoluto e cresciuto nel tempo cosmico.

Questa visione di circa 0,15 gradi quadrati di spazio rivela molte regioni con un gran numero di galassie raggruppate insieme nel tempo cosmico in gruppi e filamenti, con grandi lacune, o vuoti, che le separano. Questa regione dello spazio è nota come ECDFS, poiché rappresenta la stessa porzione di cielo ripresa in precedenza dall’Extended Chandra Deep Field South: una visione pionieristica a raggi X dello stesso spazio.

(Credito: NASA / Spitzer / S-CANDELS; Ashby et al. (2015); Kai Noeske)

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