Da quanto è entrato in funzione, il James Webb sta svelando un Universo ricco di oggetti celesti. Riesce a farlo soprattutto perché osserva nella lunghezza d’onda infrarossa. Tutto ciò che non abbiamo mai visto e che è rimasto finora nascosto, questo ambizioso telescopio spaziale lo sta rivelando giorno dopo giorno.
I ricercatori al lavoro sui dati di Webb hanno appena trovato due galassie eccezionalmente luminose, che esistevano già circa 350 e 450 milioni di anni dopo il Big Bang. Si tratta quindi di galassie primordiali, appartenenti ad un Universo ancora in formazione e molto diverso da quello che conosciamo ora. E a stupire non è tanto il fatto che Webb le abbia individuate e fotografate, ma che siano così luminose.
Queste giovani galassie stanno fabbricando stelle a una velocità elevata, e appaiono compattate in forme sferiche o discoidali come quelle mature che osserviamo oggigiorno. L’unica differenza è che sono molto più piccole. Hanno però permesso agli scienziati di stimare che l’inizio della nascita stellare potrebbe essere avvenuto solo 100 milioni di anni dopo il Big Bang.
Tommaso Treu, ricercatore dell’Università della California a Los Angeles e partecipante a uno dei primi programmi scientifici di Webb, ha affermato: “Tutto ciò che vediamo è nuovo. Webb ci sta mopstrando che c’è un Universo molto ricco al di là di quello che immaginavamo. Ancora una volta ci ha sopreso: queste prime galassie sono insolite sotto molti aspetti.”
Due giovanissime galassie primordiali
I dati utilizzati dai ricercatori provengono dal GLASS (Grism Lens-Amplified Survey from Space) Early Research Science Program di Webb, e dal CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science Sourvey). Da GLASS è stato possibile ottenere una dettagliata immagine dell’ammasso di galassie Abell 2744, noto anche come ammasso di Pandora. In esso, circa 6.000 galassie possono essere rilevate all’interno di una regione di cielo piccolissima. L’analisi iniziale suggerisce che un numero insolito di galassie nell’universo primordiale fosse molto più luminoso del previsto. Due articoli al riguardo, uno con PI Marco Castellano dell’INAF di Roma e uno con PI Rohan Naidu del centro di Astrofisica Harvard & Smithsonian del MIT, sono stati pubblicati separatamente su The Astrophysical Journal Letters.
Entrambi gli studi sono partiti da soli quattro giorni di analisi, ai termini delle quali due galassie eccezionalmente luminose sono state scoperte nelle immagini GLASS. I ricercatori le hanno denominate GLASS-z11 e GLASS-z12, perché si trovano ad un redshift (spostamento verso il rosso della luce, causato dall’espansione cosmica) pari circa a 10.5-11 e 12-12.5. L’età precisa di questi due oggetti primordiali, e quindi il valore esatto del loro redshift, sarà confermata da future misurazioni spettroscopiche ora programmate con il Webb.
Il precedente detentore del record di galassia più lontana era GN-z11, che esisteva circa 400 milioni di anni dopo il Big Bang (redshift pari a 11.1). Era stata identificata da Hubble e dall’Osservatorio Keck nel 2016.
Perché sono così luminose?
L’estrema luminosità di queste due giovanissime galassie dell’Universo primordiale è un vero e proprio enigma. Sfida tutte le teorie e i modelli cosmologici che nel corso dei secoli sono stati avanzati per comprendere la formazione ed evoluzione delle strutture e macrostrutture cosmiche. Due solo le ipotesi avanzati dagli esperti:
- Sono molto massicce, con molte stelle di piccola massa, come le galassie successive e per noi meno insolite.
- Sono invece molto meno massicce, costituite da meno stelle ma straordinariamente luminose, note come stelle di Popolazione III. Esse sarebbero le prime stelle mai nate, sfolgoranti e con temperature altissime, costituite solo da idrogeno ed elio primordiali. Nell’Universo locale non le abbiamo mai individuate, ma i dati spettroscopici di Webb ci aiuteranno a capire se questa opzione può davvero essere l’ipotesi corretta.
Nel frattempo, le nuove osservazioni di Webb stanno spingendo gli astronomi ad accettare il fatto che un insolito numero di galassie primordiali fosse molto più luminoso del previsto. Se ciò si rivelerà vero, riuscirà anche a permettere a Webb di trovare facilmente galassie ancor più precoci di GLASS-z11 e GLASS-z12. “Nessuno si aspettava che i secoli bui sarebbero finiti così presto” ha dichiarato Garth Illingworth, dell’Università della California a Santa Cruz. “L’Universo primordiale sarebbe stato solo un centesimo della sua età attuale”.
Il membro del team capeggiato da Naidu, Erica Nelson dell’Università del Colorado, ha spiegato che a colpirli è stato anche l’essere in grado di misurare le forme di queste prime galassie. “I loro dischi calmi e ordinati mettono in dubbio la nostra comprensione di come si formarono le prime galassie, nell’affollato e caotico Universo primordiale”.
Queste due galassie individuate da Webb sono molto diverse dalla nostra Via Lattea, o dalle altre grandi galassie che vediamo attorno a noi al giorno d’oggi. Si tratta quindi di una scoperta epocale, fatta solo grazie alla nitidezza e risoluzione del Webb nella lunghezza d’onda infrarossa. Paola Santini, co-autrice dello studio di Casellano et al., ha detto: “Queste osservazioni ti fanno esplodere la testa… è un nuovo capitolo dell’astronomia. È semplicemente sbalorditivo.
L’immagine di copertina a massima risoluzione è scaricabile qui.
Lo studio di Casellano et al. è reperibile a questo link. La ricerca di Naidu et al. è invece disponibile qui.
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