La prima immagine scientifica del telescopio spaziale James Webb, rivelata dal Presidente Biden nella tarda serata dell’11 luglio, rappresenta l’ammasso di galassie SMACS J0723.3-7327. Di recente, un team internazionale di scienziati, con il contributo significativo dell’Università Tecnica di Monaco (TUM), ha costruito un modello migliorato per la distribuzione di massa dell’ammasso.

Agendo come una lente gravitazionale, SMACS J0723.3-7327 in primo piano, amplifica le immagini delle galassie sullo sfondo e le moltiplica. Un gruppo di queste immagini multiple appartiene a una galassia che, secondo il modello, ha circa 13 miliardi di anni.

Uno dei modelli più accurati per ammassi di galassie

Gli ammassi di galassie sono gli oggetti legati gravitazionalmente più grandi del nostro Universo, tanto che la loro massa è pari alla somma di qualche milione di miliardi di stelle simili al nostro Sole. Rivestono un ruolo fondamentale sia per studi cosmologici che astrofisici, perché costituiscono un laboratorio ideale per studiare vari fenomeni e le caratteristiche della struttura di base del cosmo, detta struttura su larga scala (large scale structure).

La collaborazione che si è occupata dell’ammasso SMACS J0723.3-7327 aveva già lavorato con i dati del telescopio spaziale Hubble e del Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) per costruire un modello di lente gravitazionale “pre-JWST”. Con esso, gli scienziati intendevano studiare la distribuzione della massa all’interno dell’ammasso e comprenderne la struttura alla base. Per fare ciò, era necessario sviluppare tool matematici che riuscissero a spiegare gli effetti del fenomeno di lente gravitazionale provocato dall’ammasso stesso.

Ora, con le immagini nel vicino infrarosso del Webb disponibili, gli scienziati hanno potuto rivedere e migliorare il loro modello. “Le immagini del JWST sono assolutamente stupefacenti: mostrano molte più sorgenti di fondo a lenti multiple. Questo ci ha permesso di perfezionare in modo sostanziale il nostro modello di massa della lente” spiega Gabriel Bartosch Caminha, postdoc presso il TUM, il Max Planck Institute for Astrophysics (MPA) e il German Center for Cosmological Lensing (GCCL).

Webb ha visto 27 immagini multiple di altre 10 sorgenti

Prima di avere i dati di Webb, erano note 19 immagini multiple di 6 sorgenti di fondo nell’ammasso SMACS J0723.3-7327. Su queste era basato il modello sviluppato dai ricercatori. Ora il Webb ha rivelato altre 27 immagini multiple di altre 10 sorgenti. Sherry Suyu, professore di Cosmologia osservativa alla TUM, ha affermato:

Le spettacolari immagini del JWST mostrano una grande varietà di galassie fortemente lente, che possono essere studiate in dettaglio grazie al nostro modello accurato, che costituisce la base per l’esplorazione dei dati del Webb. Siamo molto entusiasti di questo risultato.

Nella figura seguente, un ingrandimento della prima immagine del Webb vista lo scorso mese, sono evidenziate le galassie moltiplicate dalla gravità. In rosso sono cerchiati i sistemi a immagini multiple già noti, in verde le nuove sorgenti a lenti multiple. Gli inserti mostrano immagini ingrandite di una galassia molto distante con alcune sottostrutture indicate dalle frecce verdi.

Una galassia di 13 miliardi di anni triplicata e ingrandita di un fattore 20

Gli scienziati hanno utilizzato il nuovo modello di massa per prevedere a quale distanza è più probabile che si trovino le galassie con lenti. Una di esse è risultata essere probabilmente alla sorprendente distanza di 13 miliardi di anni. Ciò significa che:

• Si trova a redshift (spostamento verso il rosso dovuto all’espansione dell’Universo) maggiore di 7.5. In questo articolo maggiori informazioni al riguardo.
• La sua luce è stata emessa durante le prime fasi dell’Universo (che secondo il modello cosmologico standard, ha circa 13.8 miliardi di anni).

La combinazione dei dati di Webb e del modello migliorato del team di ricercatori ha reso possibile affermare che questa galassia è stata sottoposta a lente multipla in tre immagini e la sua luminosità è ingrandita circa di un fattore 20.

Modelli disponibili per studiare altri ammassi

Il nuovo modello è in grado di riprodurre le posizioni di tutte le immagini multiple con un’elevata precisione. Ciò lo rende uno dei più accurati disponibili. Per gli studi di follow-up di queste sorgenti, i modelli delle lenti, comprese le mappe d’ingrandimento e i redshift (cioè le distanze) stimati dal modello, sono resi disponibili al pubblico.

Suyu ha affermato: “Attendiamo con impazienza le future osservazioni del JWST di altri ammassi di galassie con forti lenti. Queste non solo ci permetteranno di vincolare meglio le distribuzioni di massa degli ammassi di galassie, ma anche di studiare galassie ad alto redshift”.

L’articolo scientifico di riferimento, inviato alla rivista Astronomy & Astrophysics, è disponibile qui in versione pre-print.

Qui invece è possibile approfondire i dettagli di SMACS J0723.3-7327 e della sua osservazione con il James Webb.

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